JP7451852B2 - How to tighten rivets - Google Patents

Description

本発明は、リベット締めの方法に関し、特に、セルフピアシングリベット（ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ ｒｉｖｅｔ：自己穿孔リベットとも称される）およびインサートを使用したリベット締めの方法に関する。 The present invention relates to a method of riveting, and in particular to a method of riveting using self-piercing rivets (also referred to as self-piercing rivets) and inserts.

セルフピアシングリベットは、機械的連結を形成することによって１つまたは複数の材料層を接合するために使用される。そのようなリベットは、通常、頭部と、部分的に中空の軸部とを備える。使用中に、接合されるべき材料層は互いに重ねられ、ダイの上に配置される。リベットは、リベットセッタなどの締結装置の作用下でダイの反対側から材料に打ち込まれる。多くの場合、ダイおよび締結装置は、Ｃ字形の枠を介して相互に接合され、単一のユニットとして提供される（ただしこれは必ずしも必要ではない）。ダイの形状は、リベット軸部の外向きの広がりを助長しながら、材料層に垂直な方向の締結装置の力に抵抗することができるようなものである。リベット軸部が広がるときに、リベットの先端は、リベットと材料層との分離を防ぐ機械的連結を形成するように、リベット頭部に対して材料層を圧縮するように作用する。好ましくは、接合部の形成は、リベット頭部が上部材料層と同一平面になったときに終了する。接合プロセスでセルフピアシングリベットを使用することにより、リベットが差し込まれる前にシート材料にまず穴を開け、次いでその突出する端部を据え込み加工する必要のある従来のリベット締めと比較して、製造ステップ数が減少する。 Self-piercing rivets are used to join one or more layers of material by forming a mechanical connection. Such rivets typically include a head and a partially hollow shank. In use, the material layers to be joined are stacked on top of each other and placed over a die. The rivet is driven into the material from the opposite side of the die under the action of a fastening device such as a rivet setter. The die and fastening device are often (though not necessarily) joined together via a C-shaped frame and provided as a single unit. The shape of the die is such that it can resist the forces of the fastener in a direction perpendicular to the material layer while promoting outward spreading of the rivet shank. As the rivet shank expands, the rivet tip acts to compress the material layer against the rivet head so as to form a mechanical connection that prevents separation of the rivet and material layer. Preferably, the formation of the joint ends when the rivet head is flush with the top material layer. The use of self-piercing rivets in the joining process reduces production compared to traditional riveting, which requires first drilling holes in the sheet material and then upsetting its protruding ends before the rivet is inserted. The number of steps decreases.

セルフピアシングリベットは、様々な材料の接合に使用することができる例えば、セルフピアシングリベットは、多くの場合接着剤と組み合わせて使用されて、車体パネル用のアルミニウムなどの軽量で延性の高い材料を接合するために自動車産業で大きな商業的成功を収めてきた。最近では、そのようなパネルを鋼などのより強い材料から製造することが求められるようになった。リベットを、５５０ＭＰａを超える引張強度を有し得る先進高張力鋼（ａｄｖａｎｃｅｄ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ）（ＡＨＳＳ）を含む被加工物に、および／または少なくとも８００ＭＰａの引張強度を有し得る超高張力鋼（ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ）（ＵＨＳＳ）を含む被加工物に差し込むことが望ましい場合がある。しかしながら、接合される材料の強度が増すため、リベットがＡＨＳＳまたはＵＨＳＳを貫通できるようにするためにより強いリベットを使用する必要がある。ＡＨＳＳやＵＨＳＳを貫通するのに十分な強度のリベットを提供することは可能であるが、そのようなリベットと接合される材料との延性が低下すると、リベットの広がりが制限されることになる。リベットの広がりが制限された結果として、リベットと被加工物との間の強力な連結が達成されなくなる。加えて、リベットと接合される材料の両方で極めて高い応力が生成される可能性もある。そのような高い応力により、リベットまたは接合される材料の亀裂が生じる可能性がある。これにより、接合部の構造的安定性が弱まり、接合部が水の浸入による腐食に対して脆弱になる。したがって、ＡＨＳＳやＵＨＳＳなどの高強度および低延性の材料の接合のための改善されたプロセスを提供することが望ましい。 Self-piercing rivets can be used to join a variety of materials. For example, self-piercing rivets are often used in combination with adhesives to join lightweight, highly ductile materials such as aluminum for car body panels. It has achieved great commercial success in the automotive industry. Recently, there has been a desire to manufacture such panels from stronger materials such as steel. The rivet may be attached to a workpiece comprising advanced high strength steel (AHSS) which may have a tensile strength of greater than 550 MPa and/or ultra high strength steel (AHSS) which may have a tensile strength of at least 800 MPa. - high strength steel (UHSS) may be desirable. However, due to the increased strength of the materials being joined, stronger rivets need to be used to allow them to penetrate AHSS or UHSS. Although it is possible to provide rivets that are strong enough to penetrate AHSS or UHSS, the reduced ductility of the material to which such rivets are joined will limit the spread of the rivet. As a result of the limited spread of the rivet, a strong connection between the rivet and the workpiece is not achieved. Additionally, extremely high stresses can be created in both the rivet and the material being joined. Such high stresses can cause cracks in the rivets or the materials being joined. This weakens the structural stability of the joint and makes it vulnerable to corrosion due to water ingress. Therefore, it is desirable to provide an improved process for joining high strength and low ductility materials such as AHSS and UHSS.

本発明の１つの目的は、上記その他で特定されているかどうかにかかわらず、先行技術に存在する高強度材料のためのセルフピアシングリベット締めの問題点を除去または軽減することである。本発明のさらなる目的は、セルフピアシングリベット締めの代替プロセスを提供することである。 One object of the present invention, whether specified above or elsewhere, is to eliminate or alleviate the problems of self-piercing riveting for high strength materials that exist in the prior art. A further object of the invention is to provide an alternative process to self-piercing riveting.

本発明の第１の態様によれば、頭部と、頭部から下方に垂下している軸部とを有するリベットを用意するステップであって、軸部が先端で終端し、リベット内部を画定するように中空である、ステップと、インサートをリベット内部に少なくとも部分的に受け入れるステップと、リベットおよびインサートを被加工物のダイと反対の側に配置するステップと、リベットおよびインサートを、中心軸線に沿ってパンチを使用して力の作用下でダイに向かって被加工物に打ち込むステップと、ダイを使用して力に対して作用させて、リベットを外向きに広げ、被加工物と連結させるステップと、を含むリベット締めの方法が提供される。 According to a first aspect of the invention, the step of providing a rivet having a head and a shank depending downwardly from the head, the shank terminating in a tip and defining an interior of the rivet. a step that is hollow so as to at least partially receive the insert within the rivet; a step of positioning the rivet and insert on a side of the workpiece opposite the die; and a step of locating the rivet and insert on a central axis. driving the rivet outwardly into the workpiece under the action of a force using a punch and against the force to cause the rivet to spread outward and connect with the workpiece; A riveting method is provided that includes the steps of:

リベットおよびインサートがダイに対して被加工物に打ち込まれると、インサートはリベットに追加の強度をもたらす。これは、被加工物がＵＨＳＳなどの超高強度材料を含む用途では特に好適である。被加工物が超高強度材料で作られている場合、被加工物を穿孔および／または貫通するために、やはり超高強度材料からなるリベットが使用され得ることが理解されよう（ただしいくつかの実施形態では、インサートによってもたらされる追加の強度により、より軟らかいリベットの使用が可能になる）。しかしながら通常、そのような超高強度材料は、比較的低い延性を呈し、したがって、変形して堅固な接合部を作成することがより困難である。しかしながら、リベット内部に受け入れられるインサートの使用により、本発明の方法は、そのような超高強度材料を用いてもリベットの広がりを生じさせることができる。 When the rivet and insert are driven into the workpiece against the die, the insert provides additional strength to the rivet. This is particularly suitable in applications where the workpiece includes ultra-high strength materials such as UHSS. It will be appreciated that if the workpiece is made of an ultra-high strength material, rivets also made of ultra-high strength material may be used to drill and/or penetrate the workpiece (although some In embodiments, the additional strength provided by the insert allows the use of softer rivets). However, such ultra-high strength materials typically exhibit relatively low ductility and are therefore more difficult to deform to create solid joints. However, through the use of an insert that is received within the rivet, the method of the present invention can produce rivet widening even with such ultra-high strength materials.

リベットが超高強度材料からなる場合、その変形に対する自然抵抗によりリベットは（例えば、それ自体の弾性のために）変形していない形状に戻ろうとする。この変形に対する自然抵抗が原因で、形成された接合部内のリベットおよび被加工物の材料に高い内部応力が残ることがよくあり、接合部を著しく構造的に弱くし、かつ／または接合部を腐食に対して脆弱にし得る亀裂の形成につながることが知られている。しかしながら、形成された接合部内のインサートの存在は、リベットの弾性圧縮の一部を吸収してリベットを内側から支持することができる。これにより、接合部が形成された後にリベットおよび被加工物に残る内部応力（すなわち、残留応力）が減少する。よって、亀裂形成の問題を回避することができる。 If the rivet is made of a very high strength material, its natural resistance to deformation will cause the rivet to tend to return to its undeformed shape (eg, due to its own elasticity). This natural resistance to deformation often leaves high internal stresses in the rivet and workpiece materials within the formed joint, significantly weakening the joint and/or corroding the joint. It is known that this can lead to the formation of cracks that can make it vulnerable to damage. However, the presence of an insert in the formed joint can absorb some of the elastic compression of the rivet and support it from the inside. This reduces internal stresses (ie, residual stresses) that remain in the rivet and workpiece after the joint is formed. Thus, the problem of crack formation can be avoided.

本発明のさらなる利点は、インサートの存在によってリベットの広がりが発生または助長されるので、本方法を行うために特別に適合された工具が不要であり、したがって標準の工具が使用され得ることである。これによりセットアップコストが削減される。例えば、インサートによって広がりが発生するので、広がりを助長するように構成された中央突起を有するダイを設ける必要がなく、よって、より単純で安価なダイ形状を使用することができる。さらに、インサートによって広がりが助長されるので、浅いダイを使用して高強度材料や超高強度材料（ＵＨＳＳなど）、低延性材料（鋳造アルミニウムなど）を接合し、または厚みのある材料を接合することが可能である。逆に、インサートの存在により、被加工物が非常に軟らかいために、被加工物が通常はリベットを広げるのに十分な抵抗を提供できないはずの場合に、リベットの広がりを助長することさえもできる。接合される材料の特性を考慮に入れて、十分な接合部が得られるようにインサートの形状を調整することによって（例えば、インサートの直径を変更すること、および／またはリベットの広がりを助長する角度の付いた表面を設けることによって）広がりの量を制御することができることが理解されよう。 A further advantage of the invention is that, since rivet spreading is caused or encouraged by the presence of the insert, no specially adapted tools are required to carry out the method, and standard tools can therefore be used. . This reduces setup costs. For example, because the insert provides splaying, there is no need to provide a die with a central protrusion configured to promote splaying, and thus simpler and less expensive die geometries can be used. In addition, inserts promote spreading, making it possible to use shallow dies to join high-strength and ultra-high-strength materials (such as UHSS), low-ductility materials (such as cast aluminum), or to join thick materials. Is possible. Conversely, the presence of the insert can even facilitate rivet spreading in cases where the workpiece is so soft that it would normally not be able to provide sufficient resistance to spread the rivet. . By adjusting the shape of the insert to obtain a sufficient joint, taking into account the properties of the materials being joined (e.g. by changing the diameter of the insert and/or by adjusting the angle to favor rivet spread) It will be appreciated that the amount of spreading can be controlled by providing a surface with a .

インサートは、インサートの基部から延びるテーパ状のインサート表面を備え得る。テーパ状のインサート表面は、インサート軸線に対して直径が変化し得る。本方法は、リベットをテーパ状のインサート表面に押し付けて、リベットの先端を外向きに広げ、被加工物と連結させるステップを含み得る。 The insert may include a tapered insert surface extending from a base of the insert. The tapered insert surface may vary in diameter with respect to the insert axis. The method may include pressing the rivet against the tapered insert surface to flare the rivet tip outward and engage the workpiece.

「インサート軸線」とは、インサートの長手方向に延びる中心軸線を意味することが理解されよう。特定の実施形態では、インサートは、インサート軸線に対して回転対称であり得る。さらに、「テーパ表面」は、その直径がインサート軸線の方向に変化する、インサート軸線を中心に回転されるインサートの外面であり得る。テーパ状のインサート表面は、インサートの外面であり得る。使用中に、インサート軸線は、中心軸線と同一線上にあり得る。 It will be understood that "insert axis" means the longitudinally extending central axis of the insert. In certain embodiments, the insert may be rotationally symmetrical about the insert axis. Additionally, a "tapered surface" can be an outer surface of an insert rotated about an insert axis whose diameter changes in the direction of the insert axis. The tapered insert surface can be an outer surface of the insert. In use, the insert axis may be co-linear with the central axis.

リベットがテーパ状のインサート表面に押し付けられる際に、テーパ状のインサート表面は加えられた力の方向のリベットのさらなる移動に抵抗し、加えられた力の成分を半径方向外向きに偏向させることが理解されよう。しかしながら、テーパ状のインサート表面は外向きにテーパする（すなわち、その直径がインサート軸線に対して変化する）ので、テーパ状のインサート表面は、加えられた力の通常の反作用を、中心軸線に対して半径方向外向きの方向に向けることができる。これによりリベットが被加工物を広げ、被加工物と連結するよう助長される。これは特に、テーパ状のインサート表面の直径が被加工物に近いほど大きい場合に当てはまる。テーパ表面は凹面であり得る。 As the rivet is pressed against the tapered insert surface, the tapered insert surface resists further movement of the rivet in the direction of the applied force and can deflect a component of the applied force radially outward. be understood. However, because the tapered insert surface tapers outward (i.e., its diameter changes with respect to the insert axis), the tapered insert surface deflects the normal reaction of an applied force relative to the central axis. can be oriented in a radially outward direction. This encourages the rivet to spread out and connect with the workpiece. This is especially true if the diameter of the tapered insert surface is larger closer to the workpiece. The tapered surface may be concave.

リベットは、リベットの先端の方へ延びるテーパ状のリベット表面を有する軸部を備えてもよく、テーパ状のリベット表面の直径はリベット軸線に対して変化する。本方法は、テーパ状のリベット表面をテーパ状のインサート表面に押し付けて、リベットの先端を外向きに広げ、被加工物と連結させるステップを含み得る。 The rivet may include a shank having a tapered rivet surface extending towards the tip of the rivet, the diameter of the tapered rivet surface varying with respect to the rivet axis. The method may include pressing a tapered rivet surface against a tapered insert surface to flare the rivet tip outwardly and engage the workpiece.

「リベット軸線」という用語は、リベットの長手方向に延びる中心軸線を意味すると解釈され得る。特定の実施形態では、リベットは、リベット軸線に関して実質的に対称であり得る。 The term "rivet axis" may be taken to mean the longitudinally extending central axis of the rivet. In certain embodiments, the rivet may be substantially symmetrical about the rivet axis.

テーパ状のインサート表面とテーパ状のリベット表面の両方の直径が変化するので、結果として得られるテーパ状のインサート表面とテーパ状のリベット表面との間の接触力を、中心軸線に対して外向きに角度が付くように制御することができることが理解されよう。すなわち、力の成分を、リベットの先端を半径方向外向きに押し出し、被加工物を貫通するように、リベットおよびインサートの相対的な形状に基づいて偏向させることができる。よって、テーパ状のリベット表面はテーパ状のインサート表面と連動してリベットの広がりを助長する。これは特に、テーパ状のリベット表面の直径が被加工物に近いほど大きい場合に当てはまる。さらに、リベットの先端の広がりにより、先端が被加工物に食い込んで、広がりの方向に被加工物を少なくとも部分的に貫通し得る。テーパ状のリベット表面は凸面であり得る。 Because the diameters of both the tapered insert surface and the tapered rivet surface vary, the resulting contact force between the tapered insert surface and the tapered rivet surface is directed outward relative to the central axis. It will be understood that the angle can be controlled. That is, the force component can be deflected based on the relative shapes of the rivet and insert to force the rivet tip radially outward and through the workpiece. Thus, the tapered rivet surface cooperates with the tapered insert surface to promote rivet spreading. This is especially true if the diameter of the tapered rivet surface is larger closer to the workpiece. Additionally, the flare of the rivet tip allows the tip to bite into the workpiece and at least partially penetrate the workpiece in the direction of flare. The tapered rivet surface may be convex.

インサートは、リベット内部に受け入れられるように構成されたインサート軸部を備え得る。本方法は、リベットとインサート軸部の両方を介してパンチから被加工物に力を伝達するステップを含み得る。 The insert may include an insert shank configured to be received within the rivet. The method may include transmitting force from the punch to the workpiece through both the rivet and the insert shank.

「インサート軸部」とは、基部からから上方に延びるインサートの実質的に円筒形または管状の部分を意味することが理解されよう。特定の実施形態では、インサート軸部は、テーパ状のインサート表面と接合し得る。インサート軸部が存在するために、リベットとインサートが被加工物に打ち込まれるときに、インサート軸部とリベット軸部の両方が被加工物に力を伝達するように作用する。すなわち、リベット内部のインサート軸部の存在は、特に、被加工物が超高強度材料で構成されている状況において、リベットが被加工物を貫通する前に座屈するのを防ぐのに役立つ。よって、リベットおよびインサートが受ける内部応力が減少し、したがって、リベットおよびインサートを、より強度が低くより延性のある材料で構成することができる。 It will be understood that "insert shank" means the substantially cylindrical or tubular portion of the insert extending upwardly from the base. In certain embodiments, the insert shank may interface with a tapered insert surface. Due to the presence of the insert shank, both the insert shank and the rivet shank act to transmit force to the workpiece as the rivet and insert are driven into the workpiece. That is, the presence of the insert shank inside the rivet helps prevent the rivet from buckling before passing through the workpiece, especially in situations where the workpiece is constructed of ultra-high strength materials. Thus, the internal stresses experienced by the rivets and inserts are reduced, and therefore the rivets and inserts can be constructed from lower strength and more ductile materials.

インサート軸部は、インサート空洞を画定するように中空であり得る。本方法は、リベットの頭部が被加工物の上部と同一平面になるときにインサート空洞を潰させるステップを含み得る。 The insert shank may be hollow to define an insert cavity. The method may include collapsing the insert cavity when the rivet head is flush with the top of the workpiece.

インサート空洞は、インサート空洞を画定するようにインサートがリベット内部に受け入れられるときにリベットの頭部に面するインサートの端部に開いていてもよい。インサート軸部が受ける内部応力がインサート材料の降伏強度を超えると、軸部（したがってインサート空洞）は潰れる。これによりリベットの広がりが促進され得る。 The insert cavity may be open at the end of the insert facing the head of the rivet when the insert is received within the rivet to define the insert cavity. When the internal stress experienced by the insert shank exceeds the yield strength of the insert material, the shank (and thus the insert cavity) collapses. This may facilitate rivet spreading.

本方法は、リベットおよびインサートを使用して被加工物の分離部分を形成するように被加工物を完全に貫通する穴を打ち抜いて、穴内にリベットおよびインサートを受け入れるステップをさらに含み得る。 The method may further include punching a hole completely through the workpiece to form a separate portion of the workpiece using the rivet and insert, and receiving the rivet and insert within the hole.

打ち抜かれた穴は、被加工物が含む材料層の数にかかわらず、被加工物の上面から被加工物の実質的に全厚を通って被加工物の下面まで延び得る。すなわち、打ち抜かれた穴は、被加工物のすべての層を通って延びる通り穴である。被加工物が複数の層を含む場合、被加工物の層に対応する複数の分離部分が形成され得る（そのような分離部分が被加工物から打ち抜かれている）ことが理解されよう。被加工物を通る穴は、外向きにテーパし得る。これにより、リベットの軸部を広がりやすくすることができる。 The punched holes may extend from the top surface of the workpiece through substantially the entire thickness of the workpiece to the bottom surface of the workpiece, regardless of the number of layers of material the workpiece includes. That is, the punched holes are through holes that extend through all layers of the workpiece. It will be appreciated that where the workpiece includes multiple layers, multiple separate sections may be formed (such separate sections are stamped from the workpiece) corresponding to the layers of the workpiece. The hole through the workpiece may taper outward. This allows the rivet shaft to spread easily.

ダイは、孔と、孔内に受け入れられるプッシュロッドとを備えてもよく、プッシュロッドは孔に対して移動可能であり、孔とプッシュロッドとは、ダイのパンチに面する側に開いた空洞を画定する。本方法は、プッシュロッドおよび被加工物の分離部分を使用して力に対して作用させて、リベットを外向きに広げ、被加工物と連結させるステップをさらに含み得る。 The die may include a hole and a push rod received within the hole, the push rod being movable relative to the hole, and the hole and push rod defining a cavity open on the side of the die facing the punch. Define. The method may further include applying a force using the push rod and a separate portion of the workpiece to spread the rivet outwardly and connect it with the workpiece.

被加工物の分離部分は、分離されると、ダイによって画定される孔内に落下し、プッシュロッド上に置かれることが理解されよう。力を加え続けると、インサートおよびリベットが分離部分の上面に押し付けられ、その力によって分離部分がプッシュロッドに押し付けられる。プッシュロッドは、力に抵抗するような位置に保持され、よってリベットが広がる。 It will be appreciated that once the separated portions of the workpiece are separated, they fall into the hole defined by the die and are placed onto the push rod. Continuing to apply force forces the insert and rivet against the top surface of the breakaway section, and the force forces the breakaway section against the push rod. The pushrod is held in a position that resists the force, thus causing the rivet to spread.

本方法は、プッシュロッドを、被加工物の下面から被加工物の厚さと等しい量だけ間隔をおいて配置するステップをさらに含み得る。 The method may further include spacing the push rod from a lower surface of the workpiece by an amount equal to the thickness of the workpiece.

プッシュロッドは被加工物から、被加工物の厚さと等しい量だけ間隔をおいて配置されるので、分離部分が被加工物から打ち抜かれると、分離部分の上面が被加工物の下面とほぼ同じ高さになることが理解されよう。よって、リベットの先端が穴から突出することが妨げられる。しかしながら、被加工物と連結するためには相対的にごくわずかな量の広がりがあればよく、したがって、被加工物は、たとえリベットの先端が被加工物の下に突出しなくても、圧縮状態に保持される。これは、被加工物に形成された穴がテーパ状である場合に特に有効である。 The pushrod is spaced from the workpiece by an amount equal to the thickness of the workpiece, so that when the breakaway part is punched out of the workpiece, the top surface of the breakaway part is approximately flush with the bottom surface of the workpiece. It will be understood that the height will be Therefore, the tip of the rivet is prevented from protruding from the hole. However, a relatively small amount of expansion is required to connect with the workpiece, so the workpiece remains in compression even if the tip of the rivet does not protrude below the workpiece. is maintained. This is particularly effective when the hole formed in the workpiece is tapered.

ダイは、プッシュロッドを取り囲むスリーブをさらに備えてもよく、スリーブはプッシュロッドに対して移動可能である。本方法は、リベットの先端がダイの側の穴の底部を越えて配置されるように穴内にリベットを受け入れるステップと、プッシュロッドに対して中心軸線に沿ってスリーブを引っ込めて、リベットが広がり、被加工物と連結できるようにするためのリベットの先端に隣接する環状の空洞を設けるステップとをさらに含み得る。 The die may further include a sleeve surrounding the pushrod, the sleeve being movable relative to the pushrod. The method includes the steps of receiving the rivet in the hole such that the tip of the rivet is disposed beyond the bottom of the hole on the side of the die, and retracting the sleeve along a central axis relative to the push rod so that the rivet expands. providing an annular cavity adjacent the tip of the rivet to enable connection with the workpiece.

リベットとインサートが被加工物に打ち込まれると、スリーブは、ダイの上部と同一平面になるように配置され得る。よって、スリーブの内径は、好ましくは、（穴の底部で測定された）打ち抜かれる穴のサイズに対応するようなサイズとされる。スリーブは、被加工物に伝達された力に対して作用させて、穴の外周を定める。スリーブを引っ込めることにより環状の空洞が生じ、リベットの先端が広がるための空間が提供される。 Once the rivet and insert are driven into the workpiece, the sleeve may be positioned flush with the top of the die. The inner diameter of the sleeve is thus preferably sized to correspond to the size of the hole to be punched (measured at the bottom of the hole). The sleeve acts on the force transmitted to the workpiece to define the circumference of the hole. Retraction of the sleeve creates an annular cavity, providing space for the rivet tips to expand.

本方法は、プッシュロッドを、被加工物の下面から被加工物の厚さより大きい量だけ間隔をおいて配置するステップを含み得る。 The method may include spacing the push rod from a lower surface of the workpiece by an amount that is greater than the thickness of the workpiece.

よって、リベットとインサートが穴に受け入れられると、リベットの先端は、被加工物の下側から突出することができる。先端が被加工物から突出するので、リベット先端の広がりにより被加工物全体を圧縮状態に保持することができ、連結を形成する広がりが比較的少なくて済む。 Thus, once the rivet and insert are received in the hole, the rivet tip can protrude from the underside of the workpiece. Since the tip projects from the workpiece, the flare of the rivet tip can hold the entire workpiece in compression, and relatively little flare is required to form the connection.

リベットは、リベット内部を画定する通り穴を備えてもよく、パンチは、中心軸線に沿って互いに対して移動可能な内側部分と外側部分とを備え得る。本方法は、パンチの外側部分をリベットの頭部に押し付け、パンチの内側部分をリベットの通り穴に通し、パンチの内側部分をインサートに押し付けることによって、リベットおよびインサートに力を加えるステップを含み得る。 The rivet may include a through hole defining an interior of the rivet, and the punch may include an inner portion and an outer portion movable relative to each other along a central axis. The method may include applying a force to the rivet and the insert by pressing an outer portion of the punch against the head of the rivet, passing an inner portion of the punch through a hole in the rivet, and pressing an inner portion of the punch against the insert. .

通り穴とは、リベットがその両端で開いているように実質的に中空であることを意味することが理解されよう。よって、パンチの中央部分は通り穴に入り、インサートを支持することができ、パンチの外側部分はリベットの頭部部分に押し付けられる。したがって力は２つの成分として提供され、その一方はリベットに加えられ、その他方はインサートに加えられる。パンチの外側部分と内側部分とを介してリベットとインサートとに加えられる負荷を、材料の接合および形状を最適化するように、異なる駆動機構を使用して互いに独立して変化させることができることが理解されよう。 It will be understood that by through hole is meant substantially hollow such that the rivet is open at both ends. The central part of the punch can thus enter the through-hole and support the insert, and the outer part of the punch is pressed against the head part of the rivet. The force is therefore provided in two components, one applied to the rivet and the other applied to the insert. The loads applied to the rivet and insert via the outer and inner parts of the punch can be varied independently of each other using different drive mechanisms so as to optimize material bonding and shape. be understood.

さらに、インサートがインサート軸部を備える場合、軸部の上部はリベット内部でリベットの頭部から軸線方向に間隔を置いて配置され得ることが理解されよう。インサート軸部の上部とリベットの頭部との高さの違いは、リベットが被加工物に打ち込まれるとリベットの頭部がインサート軸部と同一平面になるようにリベットの先端の所望の量の広がりを生じるように選択され得る。 Additionally, it will be appreciated that if the insert includes an insert shank, the top of the shank may be axially spaced from the rivet head within the rivet. The height difference between the top of the insert shank and the rivet head is determined by the desired amount of rivet tip so that the rivet head is flush with the insert shank when the rivet is driven into the workpiece. can be selected to produce a spread.

被加工物は、接合されるべき少なくとも２つの別々の材料層を含んでいてもよく、本方法は、本方法の第３のステップの前に、被加工物の上層に穴を形成するステップ、を含む。 The workpiece may include at least two separate layers of material to be joined, and the method includes, before the third step of the method, forming holes in the upper layer of the workpiece; including.

リベットとインサートが被加工物に打ち込まれる前に上層に穴が形成されるので、リベットとインサートを被加工物に打ち込むのに必要な力が減少する。これは、上部材料層が超高強度材料であり、残りの層が比較的低強度である場合に特に有効である。そのような状況では、リベットとインサートとは被加工物を貫通するためにさほど高い負荷に耐える必要がなく、したがって、リベットおよび／またはインサートは、改善された延性を示す低強度の材料から作製され得る。よって、形成後に接合部に残る残留応力が低減され得るので、亀裂の問題が回避される。穴は、例えば、穴開け、打ち抜きなどといった、実質的に任意の適切な方法で形成され得ることが理解されよう。 Since the holes are formed in the top layer before the rivets and inserts are driven into the workpiece, the force required to drive the rivets and inserts into the workpiece is reduced. This is particularly useful when the top material layer is a very high strength material and the remaining layers are relatively low strength. In such situations, the rivets and inserts do not need to withstand as high a load to penetrate the workpiece, and therefore the rivets and/or inserts may be made from lower strength materials that exhibit improved ductility. obtain. Thus, the residual stress remaining in the joint after formation can be reduced, thus avoiding cracking problems. It will be appreciated that the holes may be formed in virtually any suitable manner, such as, for example, drilling, punching, and the like.

本方法は、パンチを上層に押し付けて上層の分離部分を形成することによって上層に穴を形成するステップを含み得る。 The method may include forming a hole in the top layer by pressing a punch against the top layer to form a separated portion of the top layer.

上層穴の穴がパンチによって形成されるので、穴を形成するために追加の機械や工具は不要である。 Since the holes in the top layer are formed by punching, no additional machines or tools are required to form the holes.

パンチはテーパ状のノーズを備え得る。本方法は、パンチのノーズを被加工物の上層に押し付けて上層に穴を打ち抜くステップを含み得る。 The punch may have a tapered nose. The method may include pressing the nose of the punch against the upper layer of the workpiece to punch a hole in the upper layer.

被加工物の上層にパンチである作成される穴のサイズは、パンチのノーズのサイズに依存することが理解されよう。通常、パンチの直径は、穴の所望のサイズと比較して相対的に大きくなる。よって、パンチのノーズの直径は、パンチの残りの部分の直径よりも小さい。本発明の一実施形態では、これは、単に所望の直径を有するパンチ下側部分を提供することによって達成される。しかしながら、パンチの直径のそのような段階的変化は、パンチの疲労寿命を短くする可能性がある、パンチ自体の内部応力が比較的高い領域をもたらす可能性が高い。パンチにテーパ状のノーズを設けることによって、そのような応力集中が回避され、よってパンチの疲労寿命が向上する。さらに、テーパ状のノーズの形状は、パンチが形成された穴内で詰まるのを防ぐ。本発明のいくつかの実施形態では、ノーズは、正しい直径の代替ノーズを異なる用途に使用できるように交換可能であり得る。 It will be appreciated that the size of the hole created by the punch in the upper layer of the workpiece depends on the size of the nose of the punch. Typically, the diameter of the punch will be relatively large compared to the desired size of the hole. Thus, the diameter of the nose of the punch is smaller than the diameter of the rest of the punch. In one embodiment of the invention, this is achieved by simply providing a punch lower portion with the desired diameter. However, such a gradual change in punch diameter is likely to result in areas of relatively high internal stress in the punch itself, which can shorten the fatigue life of the punch. By providing a punch with a tapered nose, such stress concentrations are avoided, thereby increasing the fatigue life of the punch. Furthermore, the tapered nose shape prevents the punch from jamming within the formed hole. In some embodiments of the invention, the nose may be interchangeable so that alternative noses of the correct diameter can be used for different applications.

本方法は、第４のステップの前に、パンチを使用して被加工物から上層の分離部分を取り除くステップ、を含み得る。 The method may include, before the fourth step, using a punch to remove the separated portion of the upper layer from the workpiece.

分離部分が取り除かれるので、比較的大量のリベットおよびインサートが接合部内で使用され得ることが理解されよう。リベットおよびインサートがより大きいので、それらはより高い力に耐えることができる。分離部分を取り除くステップは、多くの方法で例えば、電磁石、真空システムなどを使用して達成され得る。 It will be appreciated that because the separation is removed, a relatively large amount of rivets and inserts can be used within the joint. Since the rivets and inserts are larger, they can withstand higher forces. Removing the separated portion can be accomplished in a number of ways, such as using an electromagnet, a vacuum system, and the like.

パンチは、電磁石を備え得る。本方法は、電磁石を励磁して上層の分離部分を引き付けるステップをさらに含み得る。 The punch may include an electromagnet. The method may further include energizing the electromagnet to attract the separated portions of the upper layer.

そのような実施形態では、分離部分は、電磁石に引き付けられるように（ただし、分離部分が電磁石と相互作用する実施形態についてのみ）強磁性材料で構成されなければならないことが理解されよう。 It will be appreciated that in such embodiments, the separating portion must be constructed of a ferromagnetic material so as to be attracted to the electromagnet (but only for embodiments in which the separating portion interacts with the electromagnet).

本方法は、第４のステップの前に、上層の分離部分をそのままにしておくステップ、を含み得る。 The method may include, before the fourth step, leaving the separated portion of the top layer intact.

「分離部分をそのままにしておくこと」とは、形成された後、分離部分が被加工物内の穴から取り除かれず、したがって形成された接合部内に存在することを意味する。これには、分離部分が接合プロセス中にパンチによって加えられた負荷を分散させて、形成された接合部に残る残留応力を低減させ、それによって亀裂の問題を回避するという効果がある。 By "leaving the separated portion in place" is meant that after being formed, the separated portion is not removed from the hole in the workpiece and therefore resides within the formed joint. This has the effect that the separating part distributes the loads applied by the punch during the joining process, reducing residual stresses remaining in the formed joint, thereby avoiding cracking problems.

本方法は、パンチとダイとは異なる打ち抜き装置を使用して上層に穴を形成するステップを含み得る。 The method may include forming holes in the top layer using a stamping device other than a punch and die.

よって、穴は、上層が生産ラインに到着する前に事前に打ち抜かれてもよく、よって生産ラインの時間が節約される。 Thus, the holes may be pre-punched before the top layer reaches the production line, thus saving time on the production line.

被加工物は、先進高張力鋼または超高張力鋼を含み得る。 The workpiece may include advanced high strength steel or ultra high strength steel.

先進高張力鋼（ＡＨＳＳ）は、５５０ＭＰａを超える引張強度を有し得る。超高張力鋼（ＵＨＳＳ）は、少なくとも８００ＭＰａの引張強度を有し得る。 Advanced high strength steels (AHSS) can have tensile strengths in excess of 550 MPa. Ultra high strength steel (UHSS) may have a tensile strength of at least 800 MPa.

リベットは、最大５１０Ｈｖまでの硬度を有する材料から形成され得る。 Rivets may be formed from materials with hardness up to 510 Hv.

このリベット締めの方法は、セルフピアシングリベット締めの方法であり得る。 This riveting method may be a self-piercing riveting method.

「セルフピアシングリベット締め」とは、リベットが被加工物を貫通するために被加工物に打ち込まれる実質的に任意のリベット締め操作を意味することが理解されよう。 It will be understood that "self-piercing riveting" refers to virtually any riveting operation in which a rivet is driven into a workpiece in order to penetrate the workpiece.

本発明の第２の態様によれば、頭部と、頭部から下方に垂下している軸部とを有するリベットであって、軸部が先端で終端し、リベット内部を画定するように中空である、リベットと、基部を有するインサートであって、インサートが、インサートの基部がリベットの先端に隣接して位置するようにリベット内部に少なくとも部分的に受け入れられる、インサートとを備えるリベットアセンブリが提供される。 According to a second aspect of the invention, there is provided a rivet having a head and a shank depending downwardly from the head, the shank terminating at a tip and being hollow so as to define an interior of the rivet. and an insert having a base that is at least partially received within the rivet such that the base of the insert is located adjacent a tip of the rivet. be done.

「リベットアセンブリ」とは、組み立てられると、構成要素が（特に被加工物に打ち込まれて接合部を形成するときに）あたかも単一のエンティティであるかのように扱われ得るような嵌合機構を備える個々の構成要素のグループを意味することが理解されよう。個々の構成要素は、組立てられた状態で一緒に供給され得るか、または部品のキットとして組み立てられずに供給され得る。 "Rivet assembly" means a mating mechanism such that, when assembled, the components can be treated as if they were a single entity (particularly when driven into a workpiece to form a joint). It will be understood that it means a group of individual components comprising. The individual components may be supplied assembled together or unassembled as a kit of parts.

本発明の第１の態様に関して述べたように、リベットおよびインサートが被加工物に打ち込まれるときに、インサートは、リベットのライプ（ｒｉｐｅ）を中心軸線から離して偏向させるバリアとして働いて、リベットの先端を半径方向外向きに広げ、被加工物との強力な機械的連結を生じさせる。これは、超高強度材料を含む被加工物をリベット締めするのに特に有用であり、延性が改善されたリベットを使用することが可能になる。さらに、形成された接合のリベット内にインサートが存在することにより、リベットを変形していない状態に戻そうとするリベットの自然な弾性位置エネルギーの一部が吸収される。これらの影響の両方を考慮して、亀裂の問題が回避され、接合部の疲労寿命が改善される。 As mentioned in relation to the first aspect of the invention, when the rivet and insert are driven into the workpiece, the insert acts as a barrier to deflect the rivet's ripe away from the central axis, causing the rivet's The tip flares radially outward to create a strong mechanical connection with the workpiece. This is particularly useful for riveting workpieces containing ultra-high strength materials, allowing the use of rivets with improved ductility. Additionally, the presence of the insert within the rivet of the formed joint absorbs a portion of the rivet's natural elastic potential energy that tends to return the rivet to its undeformed state. Considering both of these effects, cracking problems are avoided and the fatigue life of the joint is improved.

インサートはインサート軸線を画定でき、インサートは、インサート軸線に対して直径が変化するテーパ状のインサート表面をさらに備える。 The insert can define an insert axis, and the insert further includes a tapered insert surface that varies in diameter with respect to the insert axis.

テーパ状のインサート表面の利点は、使用中にリベットおよびインサートが被加工物に打ち込まれるときに、テーパ状のインサート表面がリベットの先端に対するインサートの反力を半径方向外向きに向け、よってリベットをより広がりやすくすることである。 The advantage of a tapered insert surface is that during use, as the rivet and insert are driven into the workpiece, the tapered insert surface directs the reaction force of the insert against the rivet tip radially outward, thus causing the rivet to The goal is to make it easier to spread.

リベットはリベット軸線を画定でき、リベットは、リベット軸線に対して直径が変化するテーパ状のリベット表面をさらに備え得る。 The rivet can define a rivet axis, and the rivet can further include a tapered rivet surface that varies in diameter with respect to the rivet axis.

テーパ状のリベット表面の利点は、リベットとインサートとの間により大きな接触面積を提供して、リベットの先端の広がりを助長することである。 The advantage of a tapered rivet surface is that it provides a larger contact area between the rivet and the insert, facilitating rivet tip flare.

インサート軸線とリベット軸線とは、テーパ状のリベット表面がテーパ状のインサート表面に対して押し付けられるように同軸であり得る。 The insert axis and rivet axis may be coaxial such that the tapered rivet surface is pressed against the tapered insert surface.

テーパ状のインサート表面はテーパ状のリベット表面と同軸であるので、インサートによってリベットに加えられる反力は、リベットの全周で均等である。よって、広がりがより容易で均一である。 Since the tapered insert surface is coaxial with the tapered rivet surface, the reaction force exerted on the rivet by the insert is uniform around the entire circumference of the rivet. Therefore, spreading is easier and more uniform.

テーパ状のリベット表面とテーパ状のインサート表面とは、リベット軸線とインサート軸線との方向に対して湾曲していてもよい。 The tapered rivet surface and the tapered insert surface may be curved with respect to the direction of the rivet axis and the insert axis.

「リベット軸線とインサート軸線との方向に対して湾曲している」とは、（リベット軸線とインサート軸線とを中心とするそれらの面の曲率に加えて）リベット軸線とインサート軸線とに沿って取られた断面として見られることを意味することが理解されよう。さらに、テーパ表面の形状は実質的に弓形であり得る。テーパ表面が湾曲しているので、リベットとインサートとの間の反力の方向を、リベットがリベット軸線とインサート軸線とに対して鋭角に広がるように制御することができることが理解されよう。よって、より多くの広がりが助長され、したがって形成される機械的連結がより強力である。 "Curved with respect to the direction of the rivet and insert axes" refers to curves that are curved along the rivet and insert axes (in addition to the curvature of those surfaces about the rivet and insert axes). It will be understood that it is meant to be seen as a cross section. Furthermore, the shape of the tapered surface can be substantially arcuate. It will be appreciated that because the tapered surface is curved, the direction of the reaction force between the rivet and the insert can be controlled such that the rivet diverges at an acute angle to the rivet and insert axes. Thus, more spreading is encouraged and therefore the mechanical connection formed is stronger.

リベットのテーパ表面とテーパ状のインサート表面とは、互いに共形であるように成形され得る。 The tapered surface of the rivet and the tapered insert surface may be shaped to be conformal to each other.

「共形」とは、インサートがリベット内に受け入れられるときに、テーパ状のリベット表面とテーパ状のインサート表面とが互いに同一平面になるように、テーパ表面同士が実質的に同一形状を有することを意味することが理解されよう。２つのテーパ表面が共形であるので、広がりを生じさせるために利用可能なリベットとインサートとの間の接触面積が増加し、よって、リベットの広がりがより効率的に促進され、リベットおよびインサートが受ける内部応力が減少する。 "Conformal" means that the tapered rivet surfaces and the tapered insert surface have substantially the same shape with respect to each other such that the tapered rivet surface and the tapered insert surface are coplanar with each other when the insert is received within the rivet. be understood to mean. Since the two tapered surfaces are conformal, the contact area between the rivet and the insert available to cause spreading increases, thus promoting rivet spreading more efficiently and allowing the rivet and insert to The internal stress experienced is reduced.

インサートは、基部から延びるインサート軸部をさらに備えてもよく、インサート軸部はリベット内部に受け入れられる。 The insert may further include an insert shank extending from the base, the insert shank being received within the rivet.

そのような構成では、リベットの軸部とインサート軸部の両方がパンチから被加工物への力を伝達することができることが理解されよう。よって、より多くの断面積が力を伝達するために利用可能であり、したがって、リベット軸部が受ける内部応力が減少する。したがって、その場合リベットおよびインサートに、より強度が低く、より延性のある材料を使用することができる。 It will be appreciated that in such a configuration, both the rivet shank and the insert shank are capable of transmitting force from the punch to the workpiece. Thus, more cross-sectional area is available for transmitting force, thus reducing the internal stresses experienced by the rivet shank. Therefore, lower strength and more ductile materials can then be used for the rivets and inserts.

インサート軸部は、リベットの頭部の下側を支持し得る。 The insert shank may support the underside of the rivet head.

インサート軸部がリベットの頭部の下側を支持し得るので、リベットの頭部に加えられる力が軸部に伝達される。 The insert shank may support the underside of the rivet head so that forces applied to the rivet head are transmitted to the shank.

インサートの基部は、リベットの先端を越えて延び得る。 The base of the insert may extend beyond the tip of the rivet.

リベットの基部は、リベットの先端を越えて軸線方向に延び得る。リベットの基部は、リベットの先端を越えて半径方向に延び得る。 The base of the rivet may extend axially beyond the tip of the rivet. The base of the rivet may extend radially beyond the tip of the rivet.

リベット内部は、リベットの頭部を通ってリベットの先端まで延びる通り穴であり得る。 The interior of the rivet may be a through hole extending through the head of the rivet to the tip of the rivet.

リベット内部は通り穴であるので、パンチがインサートに直接負荷をかけることができることが理解されよう。さらに、力は、リベットとインサートの両方に別々に加えられてもよく、リベットとインサートとに加えられる力の量は、接合プロセスを最適化するように調整され得る。 It will be appreciated that since the interior of the rivet is a through hole, the punch can directly load the insert. Additionally, force may be applied to both the rivet and insert separately, and the amount of force applied to the rivet and insert can be adjusted to optimize the joining process.

本発明の第３の態様によれば、パンチと、間にリベットアセンブリおよび被加工物が受け入れられ得るように中心軸線に沿ってパンチから間隔をおいて配置されたダイとを備え、パンチが、リベットとリベット内に少なくとも部分的に受け入れられるインサートとを備えるリベットアセンブリを被加工物に打ち込み、リベットがパンチからの力の作用下で打ち込まれて、ダイおよびインサートが力に対して作用させてリベットを外向きに広げ、被加工物と連結させるように構成されている、リベット締結装置が提供される。 According to a third aspect of the invention, the invention comprises a punch and a die spaced from the punch along a central axis such that a rivet assembly and a workpiece can be received therebetween, the punch comprising: A rivet assembly comprising a rivet and an insert at least partially received within the rivet is driven into a workpiece, the rivet being driven under the action of a force from the punch and the die and insert acting against the force to drive the rivet. A rivet fastening device is provided, the rivet fastening device being configured to expand outwardly and connect the rivet with a workpiece.

リベットアセンブリは、本発明の第２の態様によるリベットアセンブリであり得ることが理解されよう。本発明の第１の態様および第２の態様に関して上記で述べたように、本リベット締結装置は、リベット内に受け入れられるインサートを備えるタイプのリベットアセンブリを被加工物に打ち込むように構成されているので、本リベット締結装置は、亀裂の問題を回避しながら超高強度材料を含む被加工物に接合部を作成することができる。 It will be appreciated that the rivet assembly may be a rivet assembly according to the second aspect of the invention. As mentioned above with respect to the first and second aspects of the invention, the rivet setting apparatus is configured to drive a rivet assembly of a type comprising an insert received within the rivet into a workpiece. Therefore, the present rivet fastening device can create joints in workpieces containing ultra-high strength materials while avoiding cracking problems.

ダイは、孔と、孔内に受け入れられるプッシュロッドとを備えてもよく、プッシュロッドは孔に対して移動可能であり、孔とプッシュロッドとは、ダイのパンチに面する側で開いた空洞を画定し、プッシュロッドは、力に対して作用させてリベットを外向きに広げ、被加工物と連結させるように構成されている。 The die may include a hole and a push rod received within the hole, the push rod being movable relative to the hole, and the hole and push rod defining a cavity that is open on the side of the die facing the punch. and the push rod is configured to apply a force to cause the rivet to expand outwardly and connect with the workpiece.

リベットを広げるために、被加工物は、力に対して力のエネルギーを半径方向外向きに向け直すように反作用する物体と接触しなければならないことが理解されよう。本リベット締め装置がプッシュロッドを備える場合、プッシュロッドは、被加工物と接触して力に対して作用させ、リベットを広げることができる。ダイに対するプッシュロッドの位置は、接合される被加工物の厚さおよび材料に応じて、所望の深さの空洞を提供するように制御され得る。 It will be appreciated that in order to spread the rivet, the workpiece must come into contact with an object that reacts to the force in a manner that redirects the energy of the force radially outward. If the riveting device includes a push rod, the push rod can contact the workpiece and apply a force to spread the rivet. The position of the push rod relative to the die can be controlled to provide a cavity of desired depth depending on the thickness and material of the workpieces being joined.

ダイは、プッシュロッドを取り囲むスリーブをさらに備えてもよく、スリーブはダイおよびプッシュロッドに対して移動可能であり、スリーブは、プッシュロッドに対して中心軸線に沿って引っ込んで、リベットが広がり、被加工物と連結できるようにするためのリベットの先端に隣接する環状の空洞を提供するように構成されている。 The die may further include a sleeve surrounding the push rod, the sleeve being movable relative to the die and the push rod, the sleeve being retracted along a central axis relative to the push rod to allow the rivet to spread and become covered. The rivet is configured to provide an annular cavity adjacent the tip of the rivet for connection with the workpiece.

スリーブは、中空のスリーブ内部を画定するように、実質的に管状であり得る。特に、スリーブは、スリーブの内径がリベットの軸部の直径よりもわずかに大きくなるようなサイズとされ得る。リベット締めする操作は、リベットおよびインサートを被加工物に完全に打ち込んで、リベットの先端が被加工物の下から突出してスリーブによって囲まれた空間の領域に入るようにすることを含み得る。そのような実施形態では、スリーブの内径は、被加工物に打ち抜かれた穴のサイズを定義する。しかしながら、スリーブは、リベットの先端を拘束し、リベットが広がるのを妨げる。ダイおよびプッシュロッドに対して中心軸線に沿ってスリーブを引っ込めることによって、リベットの先端に隣接する環状領域が露出し、よって、リベットが広がり、被加工物と連結できるようになる。 The sleeve may be substantially tubular so as to define a hollow sleeve interior. In particular, the sleeve may be sized such that the inner diameter of the sleeve is slightly larger than the diameter of the rivet shank. The riveting operation may include driving the rivet and insert completely into the workpiece such that the tip of the rivet protrudes from beneath the workpiece and enters the region of the space enclosed by the sleeve. In such embodiments, the inner diameter of the sleeve defines the size of the hole punched into the workpiece. However, the sleeve constrains the tip of the rivet and prevents it from spreading. Retraction of the sleeve along the central axis relative to the die and pushrod exposes the annular region adjacent the tip of the rivet, thereby allowing the rivet to spread and connect with the workpiece.

パンチは、中心軸線に沿って互いに対して移動可能な内側部分と外側部分とを備えてもよく、パンチは、パンチの外側部分をリベットの頭部に押し付け、パンチの内側部分をリベットに形成された通り穴を介してインサートに対して押し付けることによってリベットに力を加えるように構成されている。 The punch may include an inner portion and an outer portion movable relative to each other along a central axis, the punch pressing the outer portion of the punch against the head of the rivet and the inner portion of the punch forming the rivet. The rivet is configured to apply force to the rivet by pressing it against the insert through the through hole.

通り穴は、リベット内部を、リベット内部がリベットの両端で開いているように画定し得ることが理解されよう。パンチの内側部分は、リベット内部に入り、インサートと接触することができるようなサイズとされるべきであることが理解されよう。好ましくは、パンチの内側部分は、内側部分とインサートとの間の接触面積を可能な限り最大化すると同時に、リベットと内側部分との間の相対的移動を可能にするようなサイズとされる。 It will be appreciated that the through hole may define the interior of the rivet such that the interior of the rivet is open at both ends of the rivet. It will be appreciated that the inner portion of the punch should be sized so that it can enter inside the rivet and contact the insert. Preferably, the inner part of the punch is sized to maximize the contact area between the inner part and the insert as much as possible while allowing relative movement between the rivet and the inner part.

パンチは、被加工物の上層に穴を打ち抜いて上層の分離部分を残すように構成されたノーズを備え得る。 The punch may include a nose configured to punch a hole in the top layer of the workpiece, leaving a separated portion of the top layer.

例えば、被加工物は、接合されるべき少なくとも２つの別々の材料層を含み得る。ノーズのサイズは被加工物に打ち抜かれた穴のサイズを決定し、したがって、ノーズのサイズは、打ち抜かれた穴がリベットの軸部を受け入れるのに十分な大きさになるようにするために、対応するリベット軸部のサイズよりもわずかに大きくなるように選択され得る。 For example, the workpiece may include at least two separate layers of material to be joined. The size of the nose determines the size of the hole punched into the workpiece, and therefore the size of the nose is It can be selected to be slightly larger than the size of the corresponding rivet shank.

ノーズはテーパ状であり得る。 The nose may be tapered.

ノーズがテーパ状なので、パンチの直径は、パンチがリベットと接触する点に向かって滑らかに減少することが理解されよう。よって、直径が段階的に変化することと関連付けられる望ましくない応力集中が回避される。 It will be appreciated that because the nose is tapered, the diameter of the punch decreases smoothly towards the point where the punch contacts the rivet. Undesirable stress concentrations associated with step changes in diameter are thus avoided.

パンチは、上層の分離部分を引き付けるように構成された電磁石を備え得る。 The punch may include an electromagnet configured to attract the separated portions of the upper layer.

あるいは、パンチは、上層の分離部分を引き付けるように構成された任意の他の適切な手段、例えば、真空システムなどを備えてもよい。パンチが分離部分を引き付けることができるので、分離部分を被加工物から取り除くことができ、したがって、リベットおよびインサートを完成した接合において被加工物の上層と同一平面に置くのに必要な力が少なくて済むことが理解されよう。 Alternatively, the punch may be equipped with any other suitable means configured to attract the separated portions of the upper layer, such as a vacuum system. Because the punch can attract the separated part, it can be removed from the workpiece, thus requiring less force to place the rivet and insert flush with the top layer of the workpiece in the finished joint. It will be understood that this can be done.

電磁石は、パンチのノーズに配置され得る。 An electromagnet may be placed in the nose of the punch.

本発明の第４の態様によれば、本発明の第２の態様によるリベットアセンブリのためのインサートが提供される。 According to a fourth aspect of the invention there is provided an insert for a rivet assembly according to the second aspect of the invention.

本発明の第５の態様によれば、本発明の第１の態様に従って形成されたリベット締めされた接合部を備える車両が提供される。 According to a fifth aspect of the invention there is provided a vehicle comprising a riveted joint formed according to the first aspect of the invention.

本発明の態様の１つの特徴に関連して上記で述べた利点は、同じかまたは同等の特徴を有する本発明の他の態様にも等しく当てはまる。本発明のいずれか１つの態様に関連して上記で述べた任意選択の特徴は、本発明のその他の態様のいずれかと組み合わされ得る。 The advantages stated above in relation to one feature of an embodiment of the invention apply equally to other embodiments of the invention having the same or equivalent features. Optional features mentioned above in relation to any one aspect of the invention may be combined with any of the other aspects of the invention.

次に、本発明の実施形態を、単なる例として、添付の概略図面を参照して説明する。 Embodiments of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying schematic drawings, in which: FIG.

本発明の第１の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第１のステップの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of the first of three successive steps of a riveting process according to a first embodiment of the invention; FIG. 本発明の第１の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第２のステップの概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of the second of three successive steps of the riveting process according to the first embodiment of the invention; FIG. 本発明の第１の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第３のステップの概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of the third step of three successive steps of the riveting process according to the first embodiment of the invention; FIG. 本発明の第２の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第１のステップの概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of the first of three successive steps of a riveting process according to a second embodiment of the invention; FIG. 本発明の第２の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第２のステップの概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of the second step of three successive steps of a riveting process according to a second embodiment of the invention; FIG. 本発明の第２の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第３のステップの概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of the third step of three successive steps of a riveting process according to a second embodiment of the invention; FIG. 本発明の第３の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第１のステップの概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of the first of three consecutive steps of a riveting process according to a third embodiment of the invention; FIG. 本発明の第３の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第２のステップの概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of the second step of three successive steps of a riveting process according to a third embodiment of the invention; FIG. 本発明の第３の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第３のステップの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the third step of three successive steps of a riveting process according to a third embodiment of the invention; 本発明の第４の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第１のステップの概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the first of three successive steps of a riveting process according to a fourth embodiment of the invention; 本発明の第４の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第２のステップの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the second step of three successive steps of a riveting process according to a fourth embodiment of the invention; 本発明の第４の実施形態によるリベット締めプロセスの３つの連続したステップの第３のステップの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the third step of three successive steps of a riveting process according to a fourth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの５つの連続したステップの第１のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the first step of five consecutive steps of a riveting process according to a fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの５つの連続したステップの第２のステップの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the second step of five consecutive steps of a riveting process according to a fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの５つの連続したステップの第３のステップの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the third step of five consecutive steps of a riveting process according to a fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの５つの連続したステップの第４のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the fourth step of the five consecutive steps of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの５つの連続したステップの第５のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the fifth step of the five consecutive steps of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention; 本発明の第６の実施形態によるリベット締めプロセスの４つの連続したステップの第１のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the first of four consecutive steps of a riveting process according to a sixth embodiment of the invention; 本発明の第６の実施形態によるリベット締めプロセスの４つの連続したステップの第２のステップの概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the second step of four consecutive steps of a riveting process according to a sixth embodiment of the invention; 本発明の第６の実施形態によるリベット締めプロセスの４つの連続したステップの第３のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the third of four consecutive steps of a riveting process according to a sixth embodiment of the invention; 本発明の第６の実施形態によるリベット締めプロセスの４つの連続したステップの第４のステップの概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the fourth step of four consecutive steps of a riveting process according to a sixth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの７つの連続したステップの第１のステップの概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the first step of seven consecutive steps of a riveting process according to a fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの７つの連続したステップの第２のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the second step of seven consecutive steps of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの７つの連続したステップの第３のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the third step of seven consecutive steps of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの７つの連続したステップの第４のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the fourth step of seven consecutive steps of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの７つの連続したステップの第５のステップの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the fifth step of seven consecutive steps of a riveting process according to a fifth embodiment of the invention; 本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの７つの連続したステップの第６のステップの概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the sixth step of the seven consecutive steps of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention; 本発明の第７の実施形態によるリベット締めプロセスの７つの連続したステップの第７のステップの概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the seventh step of seven consecutive steps of a riveting process according to a seventh embodiment of the invention;

以下の本発明の特定の実施形態の説明では、すべての実施形態を通じて本発明の同じかまたは対応する特徴を指すのに同様の参照番号が使用される。１つまたは複数の利点がある特徴または特徴のグループに起因する場合、そのような利点は、その特徴または特徴のグループを有する本発明のすべての実施形態に等しく適用可能であることが理解されよう。同様に、特定の特徴または特徴のグループの適切な代替の特徴が実施形態のうちの１つに関連して与えられる場合、そのような代替の特徴は、その特徴または特徴のグループを有する本発明の他の実施形態にも等しく適用可能であることが理解されよう。 In the following description of specific embodiments of the invention, like reference numerals are used to refer to the same or corresponding features of the invention throughout all embodiments. It will be understood that where one or more advantages are attributable to a feature or group of features, such advantage is equally applicable to all embodiments of the invention having that feature or group of features. . Similarly, if a suitable alternative feature for a particular feature or group of features is provided in connection with one of the embodiments, such alternative feature is the invention that includes that feature or group of features. It will be understood that it is equally applicable to other embodiments.

図１ａに、本発明の第１の実施形態によるリベット締めプロセスの第１のステップを示す。中心軸線１８に沿って配置されたパンチ４とダイ１２とを備えるリベット締結装置１が提供される。パンチ４と被加工物６との間にリベット２が提供される。被加工物６は、上層８と下層１０とを備える。被加工物６はダイ１２の上方に配置される。ダイ１２は、パンチ４の方に面する方向に開いている空洞１６を画定する凹面１４を備える。空洞１６は、リベット２の軸部２２の直径と比較して大きい直径を画定している。リベット２、パンチ４、および空洞１６は、中心軸線１８に沿って軸線方向に整列している。リベット締結装置１は、パンチ４を取り囲むクランプノーズ２７をさらに備える。クランプノーズ２７は、被加工物６をダイ１２に締め付けて、リベット締めプロセス全体を通して被加工物６を所定の位置に保持するように構成されている。 Figure Ia shows the first step of a riveting process according to a first embodiment of the invention. A rivet fastening device 1 is provided comprising a punch 4 and a die 12 arranged along a central axis 18. A rivet 2 is provided between the punch 4 and the workpiece 6. The workpiece 6 includes an upper layer 8 and a lower layer 10. Workpiece 6 is placed above die 12 . The die 12 has a concave surface 14 defining a cavity 16 that is open in the direction facing the punch 4 . The cavity 16 defines a diameter that is large compared to the diameter of the shank 22 of the rivet 2. Rivet 2, punch 4, and cavity 16 are axially aligned along central axis 18. The rivet fastening device 1 further includes a clamp nose 27 surrounding the punch 4. Clamp nose 27 is configured to clamp workpiece 6 to die 12 and hold workpiece 6 in place throughout the riveting process.

リベット２は、実質的に円筒形であり、中空の、頭部２０によって一端で閉じられているリベット内部を画定している。軸部２２は、頭部２０から下方に延びている。頭部２０は、円周方向に延びるリップを形成するように中心軸線１８に対して軸部２２から半径方向外向きに延びている。軸部２２は、実質的に中空のシリンダであり、リベット内部を画定している。頭部２０の反対側の軸部２２の遠端が、リベット２の先端２３を画定している。先端２３は、軸部２２の残りの部分の厚さと比較して相対的に狭い。先端２３に隣接する軸部２２の半径方向の内面が、中心軸線１８に対して直径が増加するテーパ状のリベット表面２５を画定する。すなわち、テーパ状のリベット表面２５の直径は、軸部２２と接するところでは軸部２２の内径と同じであり、先端２３に最も近い位置ではより広い。本発明の文脈では、テーパ表面とは、中心軸線１８に対して直径が変化する表面を意味し、その表面が平面または円錐形状である必要はないことが理解されよう。本実施形態では、テーパ状のリベット表面２５は、軸部２２と先端２３との内筒壁間で中心軸線１８に対して軸線方向に湾曲している。しかしながら、代替の実施形態では、テーパ状のリベット表面２５は、中心軸線１８に対して直径が変化する実質的に任意の形状を有してもよく、例えば円錐形であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、リベット２の先端２３は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる国際公開第２００７／１３２１９４号で開示されているリベット構造のように、実質的に平面の環状面および／またはフィレット部分を画定し得る。 The rivet 2 is substantially cylindrical and defines a hollow rivet interior closed at one end by a head 20 . The shaft portion 22 extends downward from the head 20. The head 20 extends radially outwardly from the shank 22 with respect to the central axis 18 to form a circumferentially extending lip. The shank 22 is a substantially hollow cylinder and defines the interior of the rivet. The distal end of the shank 22 opposite the head 20 defines the tip 23 of the rivet 2. The tip 23 is relatively narrow compared to the thickness of the remainder of the shank 22. The radially inner surface of the shank 22 adjacent the tip 23 defines a tapered rivet surface 25 that increases in diameter with respect to the central axis 18 . That is, the diameter of the tapered rivet surface 25 is the same as the inner diameter of the shank 22 where it contacts the shank 22 and is wider closest to the tip 23. It will be understood that in the context of the present invention, a tapered surface means a surface that changes in diameter with respect to the central axis 18, and that the surface need not be planar or conically shaped. In this embodiment, the tapered rivet surface 25 is curved in the axial direction with respect to the central axis 18 between the inner cylinder walls of the shaft portion 22 and the tip 23 . However, in alternative embodiments, the tapered rivet surface 25 may have substantially any shape that varies in diameter with respect to the central axis 18, for example, it may be conical. Furthermore, in some embodiments, the tip 23 of the rivet 2 has a substantially planar annular shape, such as the rivet structure disclosed in WO 2007/132194, which is incorporated herein by reference. Surface and/or fillet portions may be defined.

リベット２の中空領域内に実質的に円筒形のインサート２４が配置されている。インサート２４は、基部２６と、基部２６から上方に延びる軸部２８とを備える（これらを以後、インサート基部２６およびインサート軸部２８と呼ぶ）。インサート軸部２８はインサート空洞２９を画定する。インサート２４は、リベット締結装置１の中心軸線１８と実質的に同軸である軸を有する。インサート２４の形状は、リベット２の軸部２２の内部形状と実質的に一致するようなものである。よって、インサート軸部２８の外径は、リベット２の軸部２２の内径とほぼ同じ直径である（ただし、リベット２内のインサート２４の差込みを可能にするようにわずかに狭い）。インサート基部２６は、リベット２の軸部２２の外径よりも大きい外径を有する。インサート基部２６は、インサート基部２６がリベット２の前に被加工物６と接触するように、軸線方向にリベット２の先端２３を越えて延びる。 A substantially cylindrical insert 24 is arranged within the hollow region of the rivet 2. Insert 24 includes a base 26 and a shaft 28 extending upwardly from base 26 (hereinafter referred to as insert base 26 and insert shaft 28). Insert shank 28 defines an insert cavity 29 . The insert 24 has an axis that is substantially coaxial with the central axis 18 of the rivet fastening device 1 . The shape of the insert 24 is such that it substantially matches the internal shape of the shank 22 of the rivet 2. The outer diameter of the insert shank 28 is thus approximately the same diameter as the inner diameter of the shank 22 of the rivet 2 (but slightly narrower to allow insertion of the insert 24 within the rivet 2). The insert base 26 has an outer diameter larger than the outer diameter of the shaft 22 of the rivet 2. The insert base 26 extends axially beyond the tip 23 of the rivet 2 such that the insert base 26 contacts the workpiece 6 before the rivet 2.

インサート軸部２８の上面は、リベット頭部２０に作用する力がインサート軸部２８に直接伝わるように、リベット２の頭部２０を支持している。インサート軸部２８とインサート基部２６とは、リベット２のテーパ状のリベット表面２５と形状が一致するテーパ状のインサート表面３０で連結されている。すなわち、テーパ状のインサート表面３０もまた中心軸線１８の方向に湾曲しており、基部２６でより広くなるように成形されている。特に、テーパ状のインサート表面３０の曲率は、リベット２のテーパ状のリベット表面２５の曲率と、２つが嵌合関係において互いに同一平面に適合するように実質的に一致する。代替の実施形態では、テーパ状のインサート表面３０は、中心軸線１８に対して直径が変化する実質的に任意の形状を有してもよく、例えば円錐形であってもよいことが理解されよう。 The upper surface of the insert shaft 28 supports the head 20 of the rivet 2 so that the force acting on the rivet head 20 is directly transmitted to the insert shaft 28. The insert shaft portion 28 and the insert base portion 26 are connected by a tapered insert surface 30 that matches the tapered rivet surface 25 of the rivet 2 in shape. That is, the tapered insert surface 30 is also curved in the direction of the central axis 18 and is shaped to be wider at the base 26. In particular, the curvature of the tapered insert surface 30 substantially matches the curvature of the tapered rivet surface 25 of the rivet 2 such that the two fit flush with each other in mating relationship. It will be appreciated that in alternative embodiments, the tapered insert surface 30 may have virtually any shape that varies in diameter with respect to the central axis 18, such as being conical. .

いくつかの実施形態では、インサート２４は、リベット２の内部の形状と一致するように（例えば、リベット２とインサート２４とのテーパ表面が一致しているように）特に設計され得る。しかしながら、他の実施形態では、インサート２４自体リベット２より小さいサイズの、単に、中心軸線１８に沿って逆向きに（すなわち、「逆さま」になるように）リベット２の中空領域に差し込まれるセルフピアシングリベットであり得る。 In some embodiments, insert 24 may be specifically designed to match the internal shape of rivet 2 (eg, such that the tapered surfaces of rivet 2 and insert 24 match). However, in other embodiments, the insert 24 is itself of a smaller size than the rivet 2 and is simply inserted into the hollow region of the rivet 2 in the opposite direction (i.e., "upside down") along the central axis 18. It can be a rivet.

インサート２４は、例えば、摩擦（すなわち、圧入）によってリベット２内に保持され得る。リベット２は、防食コーティングを施され得る。防食コーティングは、リベットとインサートとの間の接着力を提供するのに役立ち得る。インサート２４も防食コーティングを施されてもよいが、図１に示されている実施形態では、インサートは接合部が形成された後で完全に封入されることになるので、インサートに防食コーティングがなくてもよい。 Insert 24 may be retained within rivet 2 by friction (ie, press fit), for example. The rivet 2 may be provided with an anti-corrosion coating. Anti-corrosion coatings can help provide adhesion between the rivet and the insert. The insert 24 may also be provided with an anti-corrosion coating, but in the embodiment shown in Figure 1, the insert will be completely encapsulated after the joint is formed, so the insert will not have an anti-corrosion coating. It's okay.

図１ｂに、本発明の第１の実施形態のリベット締めプロセスの第２のステップを示す。使用中に、パンチ４は、中心軸線１８に沿ってリベット２に、リベット２およびインサート２４を被加工物６に打ち込むのに十分な力を加える。これは、任意の適切な方法で達成されてもよい。１つの適切な構成では、締結装置１は、フライホイールと、フライホイールの回転移動に応答してパンチ４の直線移動を生じさせるように構成されたリンク機構とを備える。フライホイールは、フライホイールの回転エネルギーを中心軸線１８に沿って向けられる力Ｆに伝達するように、クラッチを介して選択的に係合可能である。代替の配置では、電動機または油圧アクチュエータがパンチ４を被加工物に直接（すなわち、フライホイールおよびリンク機構を使用せずに）打ち込んでもよい。 FIG. 1b shows the second step of the riveting process of the first embodiment of the invention. In use, punch 4 applies sufficient force to rivet 2 along central axis 18 to drive rivet 2 and insert 24 into workpiece 6. This may be accomplished in any suitable manner. In one suitable configuration, the fastening device 1 comprises a flywheel and a linkage configured to cause linear movement of the punch 4 in response to rotational movement of the flywheel. The flywheel is selectively engageable via a clutch to transfer rotational energy of the flywheel to a force F directed along central axis 18 . In an alternative arrangement, an electric motor or hydraulic actuator may drive the punch 4 directly into the workpiece (i.e. without the use of a flywheel and linkage).

力Ｆは、リベット２およびインサート４をダイ１２の方へ押して、上層８に穴を開けて下層１０を降伏させる。特に、力Ｆの作用により、上層８内に上層穴３１が形成され、上層８の分離部分３２（別名スラグとして知られている）がインサート２４と下層１０との間に閉じ込められたままになる。力Ｆにより、被加工物の下層１０がダイ１２の凹面１４と接触する。凹面１４は、力Ｆに対して作用させ、中心軸線１８の方向の下層１０のさらなる移動を妨げる。これにより下層１０が凹面１４に対して圧縮され、下層１０が中心軸線１８に対して半径方向外向きに広がる。 Force F forces rivet 2 and insert 4 toward die 12, puncturing top layer 8 and yielding bottom layer 10. In particular, due to the action of force F, a top layer hole 31 is formed in the top layer 8 such that a separated portion 32 of the top layer 8 (also known as the slug) remains trapped between the insert 24 and the bottom layer 10. . The force F brings the lower layer 10 of the workpiece into contact with the concave surface 14 of the die 12. The concave surface 14 acts on the force F and prevents further movement of the lower layer 10 in the direction of the central axis 18. This compresses the lower layer 10 against the concave surface 14 and causes the lower layer 10 to expand radially outward relative to the central axis 18.

インサート基部２６は、リベット２の軸部２２が被加工物に差し込まれるときに軸部２２を保護する。すなわち、被加工物の上層８に力を加え、上層８を切断するのは基部２６である。従来の配置では、インサートが存在せず、リベット軸部２２の下端は被加工物の上層に力を加え、上層に食い込む。しかしながら、被加工物がＡＨＳＳやＵＨＳＳなどの材料から形成されている場合には、リベット軸部に上層を貫通するのに十分な強度がなく、むしろ座屈する可能性がある。そのような座屈を回避するためにより厚いリベット軸部が使用される場合には、リベット軸部が厚すぎて十分に広がらず、よって被加工物において十分に強力な連結を形成できない可能性がある。これらの問題は、上記のように、インサートが上層を貫通し、リベット軸部を保護するので、本発明によって回避される。 The insert base 26 protects the shank 22 of the rivet 2 when it is inserted into the workpiece. That is, it is the base 26 that applies force to and cuts the upper layer 8 of the workpiece. In the conventional arrangement, there is no insert and the lower end of the rivet shank 22 applies force to and bites into the upper layer of the workpiece. However, if the workpiece is made of a material such as AHSS or UHSS, the rivet shaft may not have sufficient strength to penetrate the upper layer and may instead buckle. If a thicker rivet shank is used to avoid such buckling, the rivet shank may be too thick to spread sufficiently and thus not form a sufficiently strong connection in the workpiece. be. These problems are avoided by the present invention since, as mentioned above, the insert passes through the top layer and protects the rivet shank.

図１ｃに、本発明の第１の実施形態のリベット締めプロセスの第３のステップを示す。図１ｂに示されている位置から、パンチ４はリベット２およびインサート２４が図１ｃに示されている位置に到達するまで、リベット２およびインサート２４をダイ１２に対して打ち込み続ける。インサート基部２６は、下部被加工物層１０および上部被加工物層８のスラグ３２が存在するためにそれ以上ダイの方に移動できない。代わりに、インサート２４に加えられた下向きの力の結果として、インサートは潰れる。リベット頭部２０は、パンチ４によって加えられた力のために下方に移動し続ける。インサート２４が潰れた結果として、リベット２の軸部２２が外向きに広がる。すなわち、リベット２のテーパ状のリベット表面２５とテーパ状のインサート表面３０とが互いに支持し合って、リベット２の先端２３を外向きに広げる。この広がりにより、リベット軸部２２が被加工物６の下層１０を部分的に貫通し、リベット２と被加工物８、１０との間の良好な連結が提供される。被加工物６の上層８および下層１０は、リベット２の先端２３と頭部２０との間に圧縮されて保持される。リベット２によって形成された連結は耐食性であり得る。 Figure 1c shows the third step of the riveting process of the first embodiment of the invention. From the position shown in Figure 1b, the punch 4 continues to drive the rivet 2 and insert 24 against the die 12 until the rivet 2 and insert 24 reach the position shown in Figure 1c. The insert base 26 cannot move further towards the die due to the presence of the slug 32 of the lower workpiece layer 10 and the upper workpiece layer 8. Instead, as a result of the downward force applied to insert 24, the insert collapses. The rivet head 20 continues to move downwards due to the force applied by the punch 4. As a result of the collapse of the insert 24, the shank 22 of the rivet 2 expands outward. That is, the tapered rivet surface 25 and tapered insert surface 30 of the rivet 2 support each other and spread the tip 23 of the rivet 2 outward. This widening allows the rivet shank 22 to partially penetrate the lower layer 10 of the workpiece 6 and provides a good connection between the rivet 2 and the workpieces 8,10. The upper layer 8 and lower layer 10 of the workpiece 6 are compressed and held between the tip 23 and the head 20 of the rivet 2. The connection formed by the rivet 2 may be corrosion resistant.

ダイ１２の凹面１４は、中心軸線１８の方向の被加工物６の下層１０のさらなる移動を妨げ続け、したがって、下層１０は、空洞１６の残りの部分に半径方向外向きに広がる。インサート頭部２６は、スラグ３２と組み合わさって、スラグの下方の下層１０の部分が所望の厚さを有するようにするのに役立つ平面を提供する。例えば、スラグ３２の下方への移動がインサート頭部２６によって十分に制御されるので、下層１０の偶発的な貫通が回避される。 The concave surface 14 of the die 12 continues to prevent further movement of the lower layer 10 of the workpiece 6 in the direction of the central axis 18 so that the lower layer 10 extends radially outward into the remainder of the cavity 16. Insert head 26, in combination with slug 32, provides a plane that helps ensure that the portion of lower layer 10 below the slug has the desired thickness. For example, downward movement of the slug 32 is well controlled by the insert head 26 so that accidental penetration of the lower layer 10 is avoided.

インサート軸部２８の寸法、例えば、インサート空洞２９の直径や深さは、特定の負荷がリベットに加えられたときにインサート軸部が潰れるように選択され得る。リベットを被加工物に差し込むのに必要な力は、リベットの差込みが進むにつれて増加する。よって、インサート２４は、リベット差込みプロセスの初期部分に耐えるのに十分な強度を有し得るが、リベット差込みプロセスが進むにつれて潰れる。インサート２４の潰れが望ましいのは、リベット軸部２２の広がりを促進するからである。好ましくは、インサート２４は、インサートが上部被加工物層８を貫通した後に潰れる。下部被加工物層１０が薄くなってその最終位置まで達した後でインサート２４が潰れることが望ましい場合もある。インサート２４が早く潰れた場合には、材料を下部被加工物層１０から外側に望ましくない状態で引きずる可能性がある。 The dimensions of the insert shank 28, such as the diameter and depth of the insert cavity 29, may be selected such that the insert shank collapses when a particular load is applied to the rivet. The force required to drive the rivet into the workpiece increases as the rivet is inserted. Thus, the insert 24 may have sufficient strength to withstand the initial portion of the rivet insertion process, but collapse as the rivet insertion process progresses. The reason why the insert 24 is desirably collapsed is because it promotes the expansion of the rivet shaft 22. Preferably, the insert 24 collapses after it penetrates the upper workpiece layer 8. It may be desirable for the insert 24 to collapse after the lower workpiece layer 10 has thinned to its final position. If the insert 24 collapses prematurely, it may undesirably drag material outwardly from the lower workpiece layer 10.

上記のリベット締め操作は、上層８が、ＡＨＳＳやＵＨＳＳなどの高強度材料で構成されており、下層１０がアルミニウムなどの軟らかい材料で構成されている被加工物を接合するのに特に適する。一例では、上層８は（例えば、厚さ１．５ｍｍの）ＵＨＳＳであり、下層１０は（例えば、厚さ２ｍｍの）５０００または６０００シリーズのアルミニウムであり得る。 The riveting operation described above is particularly suitable for joining workpieces in which the upper layer 8 is made of a high strength material such as AHSS or UHSS and the lower layer 10 is made of a soft material such as aluminum. In one example, the top layer 8 may be UHSS (eg, 1.5 mm thick) and the bottom layer 10 may be 5000 or 6000 series aluminum (eg, 2 mm thick).

先行技術のリベット締め方法（例えば、インサート２４を使用しない方法）では、力全体がリベットの軸部を介して被加工物に伝達される。この力は、上層がＡＨＳＳやＵＨＳＳなどの高強度材料で形成されている場合には大きくなければならない。軸部２２はしたがって、きわめて高い内部応力を受けることが理解されよう。ゆえに、リベットは、座屈しないように硬化物で作られている。しかしながら、そのような硬度が高い材料を有するリベットは、通常、延性が乏しく、一度変形すると比較的高い内部応力を保持する。上記のように、リベット（および／または被加工物）２に内部応力が残る場合、これは、接合部を構造的に弱め、かつ／または接合部を腐食に対して脆弱にする亀裂の形成につながり得る。加えて、延性が乏しいリベットは、被加工物との強力な連結を提供するように十分に広がらない。 In prior art riveting methods (eg, those that do not use insert 24), the entire force is transmitted to the workpiece through the rivet shank. This force must be large if the top layer is made of high strength material such as AHSS or UHSS. It will be appreciated that the shaft 22 is therefore subject to extremely high internal stresses. Therefore, rivets are made of hardened material to prevent buckling. However, rivets with such hard materials typically have poor ductility and retain relatively high internal stresses once deformed. As mentioned above, if internal stresses remain in the rivet (and/or workpiece) 2, this can lead to the formation of cracks that structurally weaken the joint and/or make the joint vulnerable to corrosion. We can connect. Additionally, rivets with poor ductility do not spread far enough to provide a strong connection with the workpiece.

本発明は、先行技術に優る様々な改善を提供する。リベット２のテーパ状のリベット表面２５とインサート２４のテーパ状のインサート表面３０との相対的な形状は、リベット２の先端２３の広がりを助長する。そのような広がりは、リベット２のテーパ状のリベット表面２５とテーパ状のインサート表面３０とが湾曲している（またインサートが凹面を有する）場合に最も良く達成されることが分かっている。しかしながら、代替の実施形態では、テーパ表面２５、３０は、他の形状を画定していてもよい（例えば、テーパ表面２５、３０は、円錐台状などのような、平坦な面であってもよい）。インサート２４がリベット２の広がりを促進するので、高強度だが低延性の金属がリベット２に使用されている場合、リベット締めプロセスはそれでもなお、機械的連結を作成するのに十分なリベット先端２３の広がりを生じさせることができる。さらに、インサート２４が完成した接合部内に残っているので、インサート２４は、リベット先端２３のその変形していない位置に戻ろうとする傾向（弾性跳ね返りとして知られている効果）に抵抗することができる。したがってリベット２４は、リベット２が受ける内部圧縮応力の多くを吸収し、よって亀裂の問題を軽減する。 The present invention provides various improvements over the prior art. The relative shape of the tapered rivet surface 25 of the rivet 2 and the tapered insert surface 30 of the insert 24 facilitates the spreading of the tip 23 of the rivet 2. It has been found that such spreading is best achieved when the tapered rivet surface 25 of the rivet 2 and the tapered insert surface 30 are curved (and the insert has a concave surface). However, in alternative embodiments, the tapered surfaces 25, 30 may define other shapes (e.g., the tapered surfaces 25, 30 may be flat surfaces, such as frustoconical, etc.). good). Since the insert 24 promotes the spreading of the rivet 2, if a high strength but low ductility metal is used for the rivet 2, the riveting process will still cause enough of the rivet tip 23 to create a mechanical connection. It can cause spread. Additionally, because the insert 24 remains within the completed joint, the insert 24 can resist the tendency of the rivet tip 23 to return to its undeformed position (an effect known as elastic rebound). . Rivet 24 therefore absorbs much of the internal compressive stress experienced by rivet 2, thus reducing cracking problems.

加えて、インサート基部２６は、リベット軸部２２を保護し、ゆえにリベットは、リベット軸部の座屈なしでより延性のある材料から形成され得る。好ましくは、インサート２４は、リベット２よりも硬い材料から形成され、よってリベットは被加工物を貫通し、リベットを変形させる。リベット２は比較的延性のある材料で作られ得るため、リベット２の外向きの広がりによって高い残留応力が生じなくなり、したがって、亀裂の問題が回避される。インサート２４は、例えば、５５５Ｈｖ以上の硬度、または５７５Ｈｖ以上の硬度を有する材料から形成され得る。リベット２は、例えば、例えば４００Ｈｖ～５１０Ｈｖの硬度を有する材料から形成され得る。リベットを形成するために使用され得る材料の例が、３５Ｂ２（ホウ素を用いた鋼）や３６ＭｎＢ４（マンガンおよびホウ素用いた鋼）である。他の材料も使用され得る。一般に、インサート２４は金属から形成されてもよく、リベット２は金属から形成されてもよい。 Additionally, the insert base 26 protects the rivet shank 22 so that the rivet can be formed from a more ductile material without buckling of the rivet shank. Preferably, the insert 24 is formed from a harder material than the rivet 2, so that the rivet penetrates the workpiece and deforms the rivet. Since the rivet 2 can be made of a relatively ductile material, the outward spreading of the rivet 2 does not create high residual stresses and thus avoids cracking problems. Insert 24 may be formed from a material having a hardness of 555 Hv or higher, or 575 Hv or higher, for example. The rivet 2 may be made of a material having a hardness of, for example, 400 Hv to 510 Hv. Examples of materials that can be used to form the rivets are 35B2 (boron based steel) and 36MnB4 (manganese and boron based steel). Other materials may also be used. In general, insert 24 may be formed from metal and rivet 2 may be formed from metal.

リベット２の広がりがインサート２４の存在によって支援されるので、ダイは、リベット２の先端２３の広がりを助長するように構成された特別な形状を備えなくてもよいことが理解されよう。よって、ダイは、凹面１４のような単純な凹部分を備え得るか、または完全に平坦でさえあり得る。さらに、インサート２４の存在によってリベットが広がるので、凹面１４の深さを非常に浅くすることができる。例えば、ダイの凹部分は２ｍｍ以下であり得る。いくつかの実施形態では、ダイに凹部がない場合がある。ダイが浅いと、より延性の低い材料を接合するときに材料の流れが少なくて済むので有効である。 It will be appreciated that since the spreading of the rivet 2 is assisted by the presence of the insert 24, the die does not have to have a special shape configured to facilitate the spreading of the tip 23 of the rivet 2. Thus, the die may comprise a simple concave portion, such as concave surface 14, or may even be completely flat. Furthermore, the presence of the insert 24 causes the rivet to widen, so that the depth of the concave surface 14 can be made very shallow. For example, the recessed portion of the die may be 2 mm or less. In some embodiments, the die may not have a recess. A shallower die is advantageous when joining less ductile materials because less material flow is required.

リベット２は、例えば直径７．７５ｍｍの頭部と、例えば直径５．１、５．３または５．５ｍｍの軸部とを有する従来のリベットであってもよい。軸部２２内の空洞２９は、例えば、直径３．５ｍｍであり得る。インサート２４は、例えば、３．５ｍｍのインサート軸部２８を有し得る。軸部２２内の空洞２９と同じ直径のインサート２４を提供することにより、インサートが押込み嵌めと係合して空洞に入り、空洞内に保持され、リベットの被加工物への差込みの前に脱落しないようにすることができる。一般に、リベット軸部２２内の空洞２９と同じ直径のインサート軸部２８を提供することにより、望ましくは、空洞内のインサートの押込み嵌めが可能になり得る。 The rivet 2 may be a conventional rivet, for example with a head having a diameter of 7.75 mm and a shank, for example having a diameter of 5.1, 5.3 or 5.5 mm. The cavity 29 within the shank 22 may have a diameter of 3.5 mm, for example. Insert 24 may have a 3.5 mm insert shank 28, for example. Providing an insert 24 of the same diameter as the cavity 29 in the shank 22 ensures that the insert engages a push fit into the cavity, is retained within the cavity, and falls out prior to insertion of the rivet into the workpiece. You can prevent it from happening. Generally, providing the insert shank 28 of the same diameter as the cavity 29 within the rivet shank 22 may desirably allow for a push fit of the insert within the cavity.

上層８は「超高強度」材料で構成され得るが、本発明の代替の実施形態では、上層８と下層１０とは、セルフピアシングリベット締めプロセスを使用して接合することができる実質的に任意の適切な材料で構成され得る（上記の材料の例に限定されなくてもよい）ことが理解されよう。 Although the top layer 8 may be constructed of an "ultra-high strength" material, in alternative embodiments of the invention, the top layer 8 and the bottom layer 10 may be made of substantially any material that can be joined using a self-piercing riveting process. It will be appreciated that the material may be constructed of any suitable material (without being limited to the examples of materials listed above).

一般に、上記その他の実施形態では、インサートは、被加工物の上層の穿孔中にリベット脚部の最下端を保護する。加えて、インサートは、リベットの軸部を制御された方法で広げる（広がりはインサートの形状に従う）。本発明がないと、リベット軸部は、被加工物の上層を穿孔することなく折れたり、方へ曲がったりしがちになる。インサートを介して被加工物の上層に穿孔負荷が加えられる。好適には、本発明の実施形態は、（インサートによって提供される支持により）ＡＨＳＳやＵＨＳＳの上部被加工物層を貫通するのに十分な強度を有し、所望の方法で広がるのに十分な延性がある（広がりがインサートによって制御される）リベットが使用されることを可能にする。 Generally, in these and other embodiments, the insert protects the lowermost end of the rivet leg during drilling of the upper layer of the workpiece. In addition, the insert spreads the rivet shank in a controlled manner (spreading follows the shape of the insert). Without the present invention, the rivet shank would tend to break or bend without piercing the upper layer of the workpiece. A drilling load is applied to the upper layer of the workpiece through the insert. Preferably, embodiments of the invention have sufficient strength to penetrate the upper workpiece layer of the AHSS or UHSS (due to the support provided by the insert) and sufficient strength to spread in the desired manner. Allows rivets to be used that are ductile (spreading controlled by the insert).

本発明の実施形態の１つの利点は、従来のリベットが、ＡＨＳＳやＵＨＳＳを含む被加工物において接合部を形成するために使用されることを可能にすることである。これにより、特殊なリベットを製作する必要が回避される。 One advantage of embodiments of the present invention is that it allows conventional rivets to be used to form joints in workpieces including AHSS and UHSS. This avoids the need to manufacture special rivets.

図１ａ～図１ｃに示されている被加工物は２層からなるが、被加工物は３層以上の層からなっていてもよい。一般に、本発明の実施形態は、２つ以上の層を含む被加工物に接合部を形成するために使用され得る。 Although the workpiece shown in FIGS. 1a-1c consists of two layers, the workpiece may consist of three or more layers. In general, embodiments of the invention may be used to form joints in workpieces that include two or more layers.

図２ａに、本発明によるリベット締めプロセスの第２の実施形態の第１のステップを示す。本発明の第２の実施形態は、ダイ１２がスリーブ３６とスリーブ３６内に配置されたプッシュロッド３８とを有する孔３４を備えるという点で第１の実施形態と異なる。スリーブ３６は実質的に中空のシリンダであり、プッシュロッド３８は、スリーブ３６の内側と同一平面に適合するように直径が増加した上部分を有する細長い中実のシリンダである（ただし、プッシュロッド３８は実質的に一定の直径のものであり得ることが理解されよう）。スリーブ３６の内径はリベット２の軸部２２の外径よりも適切な隙間だけ大きい。孔３４と、スリーブ３６と、プッシュロッド３８とは、中心軸線１８に対して同心円状に整列している。スリーブ３６とプッシュロッド３８とは、互い同士と孔３４とに対して別々に移動可能であるように構成されている。スリーブ３６およびプッシュロッド３８の位置を、例えば、油圧、空気圧、親ねじなどといった任意の適切な制御機構を使用して制御することができる。スリーブ３６およびプッシュロッド３８に適した制御機構は、参照により本明細書に組み込まれる、国際公開第２０１２／０６３０２２号および国際公開第２０１２／０６３０２３号に開示されているタイプのものであり得る。第２の実施形態の第１のステップでは、スリーブ３６がダイ１２の上部と同一平面になるように配置され、プッシュロッド３４が空洞１６を画定するようにダイ１２の上部から軸線方向に間隔をおいて配置される。 Figure 2a shows the first step of a second embodiment of the riveting process according to the invention. The second embodiment of the invention differs from the first embodiment in that the die 12 includes a hole 34 having a sleeve 36 and a push rod 38 disposed within the sleeve 36. Sleeve 36 is a substantially hollow cylinder, and push rod 38 is an elongated solid cylinder having an increased diameter upper portion to fit flush with the inside of sleeve 36 (with the exception that push rod 38 may be of substantially constant diameter). The inner diameter of the sleeve 36 is larger than the outer diameter of the shaft portion 22 of the rivet 2 by an appropriate gap. The hole 34, the sleeve 36, and the push rod 38 are aligned concentrically with respect to the central axis 18. Sleeve 36 and push rod 38 are configured to be independently movable relative to each other and bore 34. The position of sleeve 36 and pushrod 38 may be controlled using any suitable control mechanism, such as, for example, hydraulic, pneumatic, lead screw, or the like. Suitable control mechanisms for the sleeve 36 and pushrod 38 may be of the type disclosed in WO 2012/063022 and WO 2012/063023, which are incorporated herein by reference. In the first step of the second embodiment, the sleeve 36 is positioned flush with the top of the die 12 and the push rod 34 is spaced axially from the top of the die 12 to define the cavity 16. It will be placed at

図１の実施形態と同様に、インサート２４がリベット２内に設けられている。インサート２４は、例えば、摩擦（すなわち、圧入）によってリベット２内に保持され得る。リベット２は、防食コーティングを施され得る。インサート２４も防食コーティングを施され得る。これは、接合部が形成された後にインサートが露出されることになるので有効であり得る。防食コーティングは、リベットとインサートとの間の接着力を提供するのに役立ち得る。 Similar to the embodiment of FIG. 1, an insert 24 is provided within the rivet 2. Insert 24 may be retained within rivet 2 by friction (ie, press fit), for example. The rivet 2 may be provided with an anti-corrosion coating. Insert 24 may also be provided with an anti-corrosion coating. This can be advantageous since the insert will be exposed after the joint is formed. Anti-corrosion coatings can help provide adhesion between the rivet and the insert.

図２ｂに、本発明の第２の実施形態のリベット締めプロセスの第２のステップを示す。第２のステップでは、パンチ４が力Ｆの作用下でダイ１２の方へ中心軸線１８に沿って打ち込まれる。これにより、リベット２およびインサート２４が被加工物６の上層８および下層１０に穴を開けて、リベット２の先端２３およびインサート２４の基部２６が下層１０の底面の下方に突出する。特に、力Ｆにより、上層８と下層１０の両方を貫通する通り穴４０が形成され、上層８の分離部分３２および下層１０の分離部分４２が残る。リベット２およびインサート２４は、下層の分離部分４２がプッシュロッド３８と接触して空洞１６を埋めるまで、中心軸線１８に沿って打ち込まれる。 Figure 2b shows the second step of the riveting process of the second embodiment of the invention. In a second step, the punch 4 is driven into the die 12 along the central axis 18 under the action of a force F. Thereby, the rivet 2 and the insert 24 make a hole in the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 6, and the tip 23 of the rivet 2 and the base 26 of the insert 24 protrude below the bottom surface of the lower layer 10. In particular, the force F forms a through hole 40 through both the upper layer 8 and the lower layer 10, leaving a separated portion 32 of the upper layer 8 and a separated portion 42 of the lower layer 10. The rivet 2 and insert 24 are driven along the central axis 18 until the underlying separation portion 42 contacts the push rod 38 and fills the cavity 16.

図２ｃに、本発明の第２の実施形態のリベット締めプロセスの第３のステップを示す。第３のステップでは、スリーブ３８の上部が上層８の分離部分３２と同一平面（またはその下）になるように、スリーブ３６が中心軸線１８に沿って引っ込められる。これにより空洞１６が再び開いて、孔３４内でリベット２の先端２３の周りに円周方向に延びる環状の形状になる。力Ｆはリベット２およびインサート２４を中心軸線１８に沿って押し続けるが、この方向のリベット２およびインサート２４のさらなる移動は、上層８の分離部分３２の存在によって妨げられる。よって、リベット２は、中心軸線１８から空洞１６内へ半径方向外向きに広がり始める。特に、第１の実施形態に関して上述したように、リベット２のテーパ状のリベット表面２５とテーパ状のインサート表面３０とが互いに支持し合って、リベット２の先端２３を外向きに、空洞１６内へ広げる。外向きの広がりにより、被加工物６の上層８および下層１０がリベット２の先端２３と頭部２０との間に圧縮状態で保持され、それによって被加工物６の上層８と下層１０との分離を防ぐ機械的連結が形成される。力Ｆを加え続けることにより、（図２ｃに示されるように）インサート軸部２８が座屈する。 Figure 2c shows the third step of the riveting process of the second embodiment of the invention. In a third step, the sleeve 36 is retracted along the central axis 18 such that the top of the sleeve 38 is flush with (or below) the separated portion 32 of the upper layer 8. This reopens the cavity 16 and assumes an annular shape extending circumferentially around the tip 23 of the rivet 2 within the hole 34 . The force F continues to push the rivet 2 and insert 24 along the central axis 18, but further movement of the rivet 2 and insert 24 in this direction is prevented by the presence of the separating portion 32 of the upper layer 8. The rivet 2 thus begins to flare radially outward into the cavity 16 from the central axis 18. In particular, as described above with respect to the first embodiment, the tapered rivet surface 25 and the tapered insert surface 30 of the rivet 2 support each other to direct the tip 23 of the rivet 2 outwardly into the cavity 16. Expand to. Due to the outward expansion, the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 6 are held in compression between the tip 23 and the head 20 of the rivet 2, thereby causing the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 6 to A mechanical connection is formed that prevents separation. Continuing to apply force F causes insert shank 28 to buckle (as shown in Figure 2c).

通り穴４０は被加工物６の上層８と下層１０の両方を完全に貫通するので、リベット２は、（第１の実施形態の場合のような、下層１０の一部のみとは対照的に）下層１０の全厚を圧縮状態で保持することができることが理解されよう。よって、第２の実施形態のリベット２の先端２３が受ける広がりの程度は、一度変形すると、先端２３の外径が通り穴４０の内径よりも少量だけ広くなって連結を形成するようにするのに十分でありさえすればよい。連結は、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍであり得る。リベット２は連結を形成するために大きく変形される必要がないので、これは、変形後にリベット２および被加工物６に残る残留応力が低減され、したがって亀裂の問題が回避されることを意味する。 Since the through hole 40 passes completely through both the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 6, the rivet 2 penetrates only part of the lower layer 10 (as in the first embodiment). ) It will be appreciated that the entire thickness of the underlayer 10 can be held in compression. Therefore, the degree of expansion experienced by the tip 23 of the rivet 2 in the second embodiment is such that, once deformed, the outer diameter of the tip 23 becomes wider by a small amount than the inner diameter of the through hole 40 to form a connection. It only needs to be sufficient. The link may be, for example, 0.1 mm to 0.5 mm. Since the rivet 2 does not need to be significantly deformed to form the connection, this means that the residual stresses remaining in the rivet 2 and the workpiece 6 after deformation are reduced and thus cracking problems are avoided. .

図２ｃに示されるステップの後、パンチ４は引っ込められ、完全に接合された被加工物６を取り外すことができる。スリーブ３６およびプッシュロッド３８は次いで、上層８の分離部分３２と下層１０の分離部分４２とを孔３４から排出して次のリベット締め操作に備えるように、上方へ作動されてダイ１２から出る。分離部分３２、４２は、（使用される材料に応じて）例えば、圧縮空気銃や電磁石を使用することによるなど、任意の適切な方法で取り除かれ得る。 After the step shown in Figure 2c, the punch 4 is retracted and the fully joined workpiece 6 can be removed. Sleeve 36 and push rod 38 are then actuated upwardly and out of die 12 to eject separated portions 32 of upper layer 8 and separated portions 42 of lower layer 10 through holes 34 and ready for the next riveting operation. Separation portions 32, 42 may be removed in any suitable manner (depending on the material used), such as for example by using a compressed air gun or an electromagnet.

図３ａに、本発明によるリベット締めプロセスの第３の実施形態の第１のステップを示す。第３の実施形態は、スリーブの使用を必要としないという点で第２の実施形態と異なる。よって、ダイ１２は、その内部でプッシュロッド３８が中心軸線１８に沿って移動可能な孔３４を備える。孔３４は、適切な隙間だけ、例えば、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、１ｍｍ以上、例えば、最大２ｍｍまで、リベット２の軸部２２の直径より大きい直径を有する。プッシュロッドは、孔３４の壁と同一平面に適合するように直径が増加した上部分を有する細長い中実のシリンダである（ただし、代替の実施形態では、プッシュロッド３８は実質的に一定の直径のものであってもよいことが理解されよう）。プッシュロッド３８は、空洞１６を画定するようにダイ１２の上部から間隔をおいて配置されている。 Figure 3a shows the first step of a third embodiment of the riveting process according to the invention. The third embodiment differs from the second embodiment in that it does not require the use of a sleeve. The die 12 thus includes a hole 34 within which the push rod 38 is movable along the central axis 18. The hole 34 has a diameter larger than the diameter of the shank 22 of the rivet 2 by a suitable clearance, eg at least 0.5 mm, eg 1 mm or more, eg up to 2 mm. The push rod is an elongated solid cylinder having an increased diameter upper portion to fit flush with the walls of the bore 34 (although in alternative embodiments the push rod 38 has a substantially constant diameter). ). Push rod 38 is spaced from the top of die 12 to define cavity 16 .

図２の実施形態と同様に、インサート２４がリベット２内に設けられている。インサート２４は、例えば、摩擦（すなわち、圧入）によってリベット２内に保持され得る。リベット２は、防食コーティングを施され得る。インサート２４も防食コーティングを施され得る。これは、接合部が形成された後にインサートが露出されることになるので有効であり得る。防食コーティングは、リベットとインサートとの間の接着力を提供するのに役立ち得る。 Similar to the embodiment of FIG. 2, an insert 24 is provided within the rivet 2. Insert 24 may be retained within rivet 2 by friction (ie, press fit), for example. The rivet 2 may be provided with an anti-corrosion coating. Insert 24 may also be provided with an anti-corrosion coating. This can be advantageous since the insert will be exposed after the joint is formed. Anti-corrosion coatings can help provide adhesion between the rivet and insert.

図３ｂに、本発明の第３の実施形態のリベット締めプロセスの第２のステップを示す。第２のステップでは、パンチ４が力Ｆの作用下でダイ１２の方へ中心軸線１８に沿って打ち込まれる。これにより、リベット２およびインサート２４が被加工物６の上層８および下層１０に穴を開けて、インサート２４の基部２６が下層１０の底面と同じ高さになる。特に、力Ｆにより、上層８と下層１０の両方を貫通する通り穴４０が形成され、上層８の分離部分３２および下層１０の分離部分４２が残る。孔３４はリベット２の軸部２２の外径よりも適切な隙間だけ大きいにすぎないので、インサート２４の基部２６を直接取り囲む領域における被加工物６の上下層８、１０の材料の変形が制限される（隙間が大きすぎる場合には、下層は孔の内側に折れ、材料を孔に引きずり込むことになる）。 Figure 3b shows the second step of the riveting process of the third embodiment of the invention. In a second step, the punch 4 is driven into the die 12 along the central axis 18 under the action of a force F. This causes the rivet 2 and the insert 24 to pierce the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 6 such that the base 26 of the insert 24 is flush with the bottom surface of the lower layer 10. In particular, the force F forms a through hole 40 through both the upper layer 8 and the lower layer 10, leaving a separated portion 32 of the upper layer 8 and a separated portion 42 of the lower layer 10. Since the hole 34 is only larger than the outer diameter of the shank 22 of the rivet 2 by a suitable clearance, deformation of the material of the upper and lower layers 8, 10 of the workpiece 6 in the area directly surrounding the base 26 of the insert 24 is limited. (If the gap is too large, the bottom layer will fold inside the hole and drag material into the hole).

下層１０は、ダイ１２および孔３４に当たって底部で穿孔され、上部シートは、インサート２４の基部２６によって穿孔される。通り穴４０は、ダイ１２の孔３４とインサート２４の基部２６との直径が異なるので、結果としてテーパ状になる。これは、リベット軸部に隣接する多少のスペースを残し、軸部が広がり、所望の連結を提供するのがずっと容易になるので、有益である。 The bottom layer 10 is perforated at the bottom against the die 12 and holes 34 and the top sheet is perforated by the base 26 of the insert 24. The through hole 40 is tapered as a result of the different diameters of the hole 34 of the die 12 and the base 26 of the insert 24. This is beneficial as it leaves some space adjacent to the rivet shank, making it much easier for the shank to spread out and provide the desired connection.

図３ｃに、本発明の第３の実施形態のリベット締めプロセスの第３のステップを示す。第３のステップでは、パンチ４は、リベット２およびインサート２４を上層８の分離部分３２に押し付け続ける。しかしながら、通り穴４０のテーパ状の側面により、リベット２の先端２３は、半径方向外向きに広がって、被加工物６との連結を形成することができる。特に、テーパ状のリベット表面２５とテーパ状のインサート表面３０とは互いに支持しあって、先端２３を中心軸線１８に対して半径方向外向きに広げる。力Ｆを加え続けることにより、（図３ｃに示されるように）インサート軸部２８が座屈する。 Figure 3c shows the third step of the riveting process of the third embodiment of the invention. In the third step, the punch 4 continues to press the rivet 2 and the insert 24 against the separation part 32 of the upper layer 8. However, the tapered side surface of the through hole 40 allows the tip 23 of the rivet 2 to flare radially outward to form a connection with the workpiece 6. In particular, tapered rivet surface 25 and tapered insert surface 30 support each other to flare tip 23 radially outward relative to central axis 18 . Continuing to apply force F causes insert shank 28 to buckle (as shown in Figure 3c).

図３ｃに示されるステップの後、パンチ４は引っ込められて完全に接合された被加工物６から離れる。プッシュロッド３８は次いで、上層８の分離部分３２と下層１０の分離部分４２とを孔３４から排出して次のリベット締め操作に備えるように作動される。分離部分３２、４２は、（使用される材料に応じて）例えば、圧縮空気銃や電磁石を使用することによるなど、任意の適切な方法で取り除かれ得る。 After the step shown in Figure 3c, the punch 4 is retracted away from the fully joined workpiece 6. Push rod 38 is then actuated to eject separated portion 32 of upper layer 8 and separated portion 42 of lower layer 10 from hole 34 in preparation for the next riveting operation. Separation portions 32, 42 may be removed in any suitable manner (depending on the material used), such as for example by using a compressed air gun or an electromagnet.

図４ａに、本発明によるリベット締めプロセスの第４の実施形態の第１のステップを示す。第４の実施形態は、リベット２を両端で開いたままにするように（リベットが実質的に管状になるように）、リベット２の中空領域がリベット２の頭部２０を通って先端２３まで延びる通り穴であるという点で第１の実施形態と異なる。さらに、第４の実施形態のパンチ４は、中心軸線１８に対して同心円状に配置されている外側部分４４と内側部分４６とを備える。パンチ４の外側部分４４と内側部分４６とは、互いに対して中心軸線１８に沿って独立して並進可能である。外側部分４４は、内側部分４６が受け入れられる実質的に中空のシリンダで形成されている。内側部分４６は実質的に円筒形であり、外側部分４４の内壁と同一平面に適合するサイズである。第１のステップでは、クランプノーズ２７は被加工物６をダイ１２に対して所定の位置に保持し、リベット２およびインサート２４はクランプノーズ２７内に収容される。クランプノーズ２７の使用により、パンチ４の外側部分４４と内側部分４６とは、力Ｆが加えられる前にリベット２およびインサート２４と接触する必要がない。いくつかの実施形態では、パンチ４の外側部分４４は、リベット２、インサート２４および被加工物６を、パンチ４とダイ１２との間の位置に保持するように、リベット２の頭部部分２０と接触する。 Figure 4a shows the first step of a fourth embodiment of the riveting process according to the invention. The fourth embodiment is such that the hollow region of the rivet 2 passes through the head 20 of the rivet 2 to the tip 23 so that the rivet 2 remains open at both ends (so that the rivet is substantially tubular). This embodiment differs from the first embodiment in that it is an extending through hole. Furthermore, the punch 4 of the fourth embodiment includes an outer portion 44 and an inner portion 46 that are arranged concentrically with respect to the central axis 18. The outer part 44 and the inner part 46 of the punch 4 are independently translatable along the central axis 18 with respect to each other. The outer portion 44 is formed of a substantially hollow cylinder in which the inner portion 46 is received. Inner portion 46 is substantially cylindrical and sized to fit flush with the inner wall of outer portion 44 . In a first step, the clamp nose 27 holds the workpiece 6 in position relative to the die 12, and the rivet 2 and insert 24 are received within the clamp nose 27. Due to the use of the clamp nose 27, the outer part 44 and the inner part 46 of the punch 4 do not have to come into contact with the rivet 2 and the insert 24 before the force F is applied. In some embodiments, the outer portion 44 of the punch 4 is attached to the head portion 20 of the rivet 2 so as to hold the rivet 2, insert 24 and workpiece 6 in position between the punch 4 and the die 12. come into contact with.

図４ｂに、本発明の第４の実施形態のリベット締めプロセスの第２のステップを示す。第２のステップでは、パンチ４の内側部分４６が、インサート２４のインサート軸部２８の上部と接触するように下方に移動している。よって、パンチ４の内側部分４６の最下部点が外側部分４４よりもダイ１２に近い。これは、インサート２４とリベット２との間の高さの違いを考慮に入れるためである。本発明の第４の実施形態は、したがって、インサート２４の様々な異なる高さに耐えることができる（ただし、いくつかの実施形態では、インサート２４とリベット２とは実質的に同一の高さを有し得ることが理解されよう）。パンチ４の外側部分４４と内側部分４６とは、その場合、力Ｆの作用下で中心軸線１８に沿ってダイ１２の方向に同時に押し付けられる。これにより、リベット２とインサート２４とが被加工物６の上層８に穴を開けて、上層８内に上層穴３１を形成する。これにより、下層１０とインサート２４との間で圧縮される上層８の分離部分３２が形成される。下層１０は、ダイ１２の凹面１４と接触するように変形される。 Figure 4b shows the second step of the riveting process of the fourth embodiment of the invention. In the second step, the inner part 46 of the punch 4 is moving downwards into contact with the upper part of the insert shank 28 of the insert 24. Thus, the lowest point of the inner portion 46 of the punch 4 is closer to the die 12 than the outer portion 44. This is to take into account the height difference between the insert 24 and the rivet 2. The fourth embodiment of the invention is therefore capable of withstanding a variety of different heights of the insert 24 (although in some embodiments the insert 24 and the rivet 2 may have substantially the same height). ). The outer part 44 and the inner part 46 of the punch 4 are then simultaneously pressed along the central axis 18 in the direction of the die 12 under the action of a force F. This causes the rivet 2 and the insert 24 to pierce the upper layer 8 of the workpiece 6, forming an upper layer hole 31 in the upper layer 8. This creates a separated portion 32 of the upper layer 8 that is compressed between the lower layer 10 and the insert 24. Underlayer 10 is deformed into contact with concave surface 14 of die 12 .

図４ｃに、本発明の第４の実施形態のリベット締めプロセスの第３のステップを示す。第３のステップでは、リベット２およびインサート２４は、力Ｆの作用下でダイ１２の方へ打ち込まれ続ける。ダイ１２の凹面１４は、中心軸線１８の方向の被加工物６の下層１０のさらなる移動を妨げ、結果として下層１０は、中心軸線１８に対して半径方向外向きに、空洞１６の残りの部分に広がるよう強いられる。インサート２４の上部が上層１０の上面と同一平面になると、パンチ４の内側部分４６の移動が停止され、他方リベット２はダイ１２の方へ押し付けられ続ける。テーパ状のリベット表面２５とテーパ状のインサート表面３０とは互いに支持しあって先端２３を中心軸線１８に対して半径方向外向きに広げるので、リベット２は被加工物６の下層１０を部分的に貫通する。リベット２の外向きの広がりにより、被加工物８の上層８と下層１０との分離を防ぐ機械的連結が形成される。代替の実施形態では、パンチ４の外側部分４４と内側部分４６とは、図４ｃに示されている位置に同時に到達するように（すなわち、内側部分に対して外側部分４４が移動する前にリベット２４が被加工物６の上層１０と同一平面になるまで待つ必要がないように）構成され得るパンチ４の内側部分４６と外側部分４４とは一緒に下降する（すなわち、同じ速度で移動する）。パンチ４の内側部分４６は、下降する際にパンチの外側部分４４を越えて突出し得るので、パンチの内側部分は、パンチの外側部分がリベット２に入射する前にインサート２４に入射する。結果として、被加工物６内へのインサート２４の移動は、被加工物内へのリベット２の移動の前に開始することになる。 Figure 4c shows the third step of the riveting process of the fourth embodiment of the invention. In the third step, the rivet 2 and the insert 24 continue to be driven into the die 12 under the action of the force F. The concave surface 14 of the die 12 prevents further movement of the lower layer 10 of the workpiece 6 in the direction of the central axis 18, so that the lower layer 10 radially outwardly with respect to the central axis 18 remains in the cavity 16. forced to spread. Once the top of the insert 24 is flush with the top surface of the top layer 10, the movement of the inner part 46 of the punch 4 is stopped, while the rivet 2 continues to be pressed towards the die 12. The tapered rivet surface 25 and the tapered insert surface 30 support each other and widen the tip 23 radially outward relative to the central axis 18 so that the rivet 2 partially cuts the lower layer 10 of the workpiece 6. penetrate through. The outward flare of the rivet 2 forms a mechanical connection that prevents separation of the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 8. In an alternative embodiment, the outer part 44 and the inner part 46 of the punch 4 are arranged such that the position shown in FIG. The inner part 46 and the outer part 44 of the punch 4 may be configured to descend together (i.e. move at the same speed) so that there is no need to wait until the punch 24 is flush with the upper layer 10 of the workpiece 6 . The inner part 46 of the punch 4 may protrude beyond the outer part 44 of the punch during its descent, so that the inner part of the punch enters the insert 24 before the outer part of the punch enters the rivet 2. As a result, the movement of the insert 24 into the workpiece 6 will begin before the movement of the rivet 2 into the workpiece.

パンチ４の外側部分４４と内側部分４６とは、それぞれ、リベット２とインサート２４とに負荷を加えることができることが理解されよう。よって、リベット２とインサート２４とに加えられる負荷は、リベット２またはインサート２４のどちらかが受ける内部応力が臨界値未満に留まるように、異なるように選択され得る。これにより、リベット締めプロセス内で様々な材料を使用するためのより大きな可撓性が提供される。 It will be appreciated that the outer part 44 and the inner part 46 of the punch 4 are capable of applying loads to the rivet 2 and the insert 24, respectively. The loads applied to the rivet 2 and the insert 24 can thus be chosen differently so that the internal stress experienced by either the rivet 2 or the insert 24 remains below a critical value. This provides greater flexibility for using different materials within the riveting process.

図５ａに、本発明によるリベット締めプロセスの第５の実施形態の第１のステップを示す。第５の実施形態は、主に、リベット２およびインサート２４が接合のために与えられる前に上層８に穴が事前に打ち抜かれるという点で、本発明の前の実施形態と異なる。第５の実施形態のパンチ４は、その端部に配置された電磁石５０を有するテーパ状のノーズ４８を備える。電磁石５０は、ばね５１によってパンチ４に連結されている。第１のステップでは、被加工物６がクランプノーズ２７によってダイ１２に締め付けられる。 Figure 5a shows the first step of a fifth embodiment of the riveting process according to the invention. The fifth embodiment differs from the previous embodiments of the invention primarily in that holes are pre-drilled in the upper layer 8 before the rivets 2 and inserts 24 are provided for joining. The punch 4 of the fifth embodiment comprises a tapered nose 48 with an electromagnet 50 arranged at its end. The electromagnet 50 is connected to the punch 4 by a spring 51. In a first step, the workpiece 6 is clamped onto the die 12 by the clamp nose 27.

図５ｂに、本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの第２のステップを示す。第２のステップでは、パンチ４が、打ち抜き力Ｐの作用下でダイ１２に向かって被加工物６の上層８に押し付けられる。打ち抜き力Ｐは、例えば、フライホイールとクラッチの構成を使用するなど、その他の実施形態に関して説明された力Ｆと同じ方法で生成される。打ち抜き力Ｐは、通常、それが衝撃を生じるような短い持続時間を有する。衝撃は、パンチ４のノーズ４８に、上層８に上層穴３１を打ち抜いて分離部分３２を残すように被加工物６の上層８に穴を開けさせるのに十分なものである。あるいは、打ち抜き力Ｐは、（衝撃ではないように）徐々に加えられてもよい。ノーズ４８の終端の直径は、上層穴３１が、一度形成されると、（後述する）リベットの軸部２２を受け入れることができるのに十分な広さになるように選択される。同時に、被加工物６の下層１０は、ダイ１２の凹面１４と接触するように変形される。パンチ４８のテーパ形状は、形成された後にパンチ４８が上層穴３１に詰まるのを防ぐ。またパンチ４８のテーパ形状により上層が下方に曲がる。これにより、上層に後でリベットを受け入れることができるリベット頭部形状が設けられる。これは、リベット頭部がその場合上層からの跳ね返り負荷を受けないので有効である（跳ね返り負荷は、上層がＵＨＳＳなどの低延性材料から形成されている場合、大きくなる可能性がある）。 Figure 5b shows the second step of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention. In a second step, the punch 4 is pressed against the upper layer 8 of the workpiece 6 towards the die 12 under the effect of a punching force P. The punching force P is generated in the same way as the force F described with respect to other embodiments, for example using a flywheel and clutch arrangement. The punching force P usually has such a short duration that it produces an impact. The impact is sufficient to cause the nose 48 of the punch 4 to punch a hole in the upper layer 8 of the workpiece 6 so as to punch an upper layer hole 31 in the upper layer 8 and leave a separation portion 32. Alternatively, the punching force P may be applied gradually (as opposed to an impact). The diameter of the end of nose 48 is selected so that top hole 31, once formed, is wide enough to receive rivet shank 22 (described below). At the same time, the lower layer 10 of the workpiece 6 is deformed into contact with the concave surface 14 of the die 12. The tapered shape of the punch 48 prevents the punch 48 from clogging the upper hole 31 after being formed. Further, due to the tapered shape of the punch 48, the upper layer is bent downward. This provides the upper layer with a rivet head shape that can later accept a rivet. This is advantageous because the rivet head is then not subjected to rebound loads from the top layer (which can be large if the top layer is formed from a low ductility material such as UHSS).

図５ｃに、本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの第３のステップを示す。第３のステップでは、電磁石５０が作動されて、上層８の分離部分３２を電磁石５０に磁気的に固定する。よって、上層８は、例えば鋼（マルテンサイト鋼、ＡＨＳＳ、ＵＨＳＳなど）などの強磁性材料で構成されている。パンチ４は次いで、ノーズ４８と分離部分３２とが上層穴３１から離れるように、中心軸線１８に沿ってダイ１２から移動される。電磁石は次いで、分離部分３２を、例えば手で、ブロワ、機械的グリッパ、二次電磁石などを使用して取り外せるように電源を切られる。 Figure 5c shows the third step of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention. In a third step, the electromagnet 50 is activated to magnetically secure the separation portion 32 of the upper layer 8 to the electromagnet 50. Therefore, the upper layer 8 is made of a ferromagnetic material such as steel (martensitic steel, AHSS, UHSS, etc.). The punch 4 is then moved from the die 12 along the central axis 18 such that the nose 48 and separation portion 32 are moved away from the upper hole 31. The electromagnet is then powered down so that the separation portion 32 can be removed, for example by hand, using a blower, mechanical gripper, secondary electromagnet, or the like.

図５ｄに、本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの第４のステップを示す。第４のステップでは、分離部分がパンチ４から取り外され、リベット２およびインサート２４で置き換えられる。リベット２は、電磁石５０を再作動させてリベット２がパンチ４のノーズ４８に機械的に固定されるようにすることによって所定の位置に保持される。インサート２４は、単一のアセンブリとしてリベット２と共に供給され、インサート２４はリベット２の先端２３によって受け入れられている。前の実施形態のインサートとは異なり、図５ｄに示されているインサート２４は、インサート軸部を備えず、代わりに基部２６およびテーパ状のインサート表面３０のみを備える。テーパ状のインサート表面３０は、テーパ状のリベット表面２５と形状が一致するように成形されている。いくつかの実施形態では、電磁石は、磁力だけでリベット２とインサート２４の両方を保持することができるほど十分に強力である。しかしながら、これは本発明の第５の実施形態の本質的な要件ではなく、他の実施形態では、インサートは摩擦（すなわち圧入）および／または接着剤の使用によって所定の位置に保持され得ることが理解されよう。さらに別の代替の実施形態では、リベット２およびインサート２４は、単に上層穴３１に別々に差し込まれるだけでもよく、最初にパンチ４に対して保持されない。リベット２および／またはインサート２４は、防食コーティングを施され得る。防食コーティングは、リベットとインサートとの間の接着力を提供するのに役立ち得る。 Figure 5d shows the fourth step of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention. In the fourth step, the separation part is removed from the punch 4 and replaced by the rivet 2 and insert 24. The rivet 2 is held in place by reactivating the electromagnet 50 so that the rivet 2 is mechanically secured to the nose 48 of the punch 4. The insert 24 is supplied with the rivet 2 as a single assembly, the insert 24 being received by the tip 23 of the rivet 2. Unlike the inserts of the previous embodiments, the insert 24 shown in FIG. 5d does not include an insert shank, but instead only a base 26 and a tapered insert surface 30. Tapered insert surface 30 is shaped to match tapered rivet surface 25 . In some embodiments, the electromagnet is strong enough that magnetic force alone can hold both rivet 2 and insert 24. However, this is not an essential requirement of the fifth embodiment of the invention, and in other embodiments the insert may be held in place by friction (i.e. press fit) and/or the use of adhesive. be understood. In yet another alternative embodiment, the rivet 2 and insert 24 may simply be inserted separately into the upper hole 31 and are not initially held against the punch 4. The rivet 2 and/or the insert 24 may be provided with an anti-corrosion coating. Anti-corrosion coatings can help provide adhesion between the rivet and the insert.

図５ｅに、本発明の第５の実施形態によるリベット締めプロセスの第５のステップを示す。第５のステップでは、リベット２およびインサート２４が上層穴３１に下ろされ、力Ｆの作用下で下層１０に押し付けられる。上記のように、上層穴３１の直径は、リベット２の軸部２２を受け入れることができるのに十分な大きさである。ダイ１２の凹面１４は、ダイ１２の方への中心軸線１８に沿ったリベット２およびインサート２４のさらなる移動を妨げる。力Ｆを加え続けることにより、テーパ状のリベット表面２５およびテーパ状のインサート表面３０が互いに支持し合う。テーパ状のリベット表面２５とテーパ状のインサート表面３０との共形形状により、リベット２の先端２３が中心軸線１８に対して半径方向外向きに広がり、被加工物６の下層１０を部分的に貫通する。先端２３の半径方向の広がりは、上層８を部分的に削り落として、被加工物６の上層８と下層１０との分離を防ぐ機械的連結が得られるように、上層穴３１の直径よりも大きい。 Figure 5e shows the fifth step of the riveting process according to the fifth embodiment of the invention. In the fifth step, the rivet 2 and the insert 24 are lowered into the upper layer hole 31 and pressed against the lower layer 10 under the action of a force F. As mentioned above, the diameter of the upper hole 31 is large enough to receive the shank 22 of the rivet 2. Concave surface 14 of die 12 prevents further movement of rivet 2 and insert 24 along central axis 18 towards die 12 . Continuing to apply force F causes tapered rivet surface 25 and tapered insert surface 30 to support each other. The conformal shape of the tapered rivet surface 25 and the tapered insert surface 30 causes the tip 23 of the rivet 2 to flare radially outward with respect to the central axis 18, partially displacing the lower layer 10 of the workpiece 6. penetrate. The radial extent of the tip 23 is greater than the diameter of the upper hole 31 so that the upper layer 8 can be partially shaved off to provide a mechanical interlock that prevents separation of the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 6. big.

リベット２およびインサート２４が接合するために与えられる前に上層８がパンチ４によって事前に打ち抜かれるので、リベット２自体とは対照的に、パンチ４のみが被加工物６の上層８に穴を開けるのに十分な力に耐えることができればよい。第５の実施形態の力Ｆは、より強力な上層８が打ち抜き力Ｐの印加下でドライバによってすでに打ち抜かれているので、したがって、前の実施形態の同等の力よりも小さくてもよい。リベット２およびインサート２４は、打ち抜き力Ｐではなく、力Ｆに耐えられさえすればよい。したがって、リベット２またはインサート２４が、上層８を打ち抜くことと関連付けられる高い内部応力に耐えるのに十分な強度の超高強度材料から作られる必要はない（上層８は、ＵＨＳＳなどの超高強度材料から作られている）。よって、より強度が低くより延性のある材料をリベット２およびインサート２４に使用することができ、よって導入部で述べた残留応力や亀裂の問題が回避される。 Since the upper layer 8 is pre-punched by the punch 4 before the rivet 2 and insert 24 are given for joining, only the punch 4 punches the upper layer 8 of the workpiece 6, in contrast to the rivet 2 itself It is sufficient if it can withstand sufficient force. The force F of the fifth embodiment may therefore be smaller than the equivalent force of the previous embodiment, since the stronger top layer 8 has already been punched out by the driver under the application of the punching force P. The rivet 2 and the insert 24 only need to be able to withstand the force F rather than the punching force P. Therefore, there is no need for the rivet 2 or insert 24 to be made from an ultra-high strength material that is strong enough to withstand the high internal stresses associated with punching the top layer 8 (the top layer 8 is made from an ultra-high strength material such as UHSS). made from). Thus, lower strength and more ductile materials can be used for the rivet 2 and insert 24, thus avoiding the residual stress and cracking problems mentioned in the introduction.

さらに、上層８を事前に打ち抜くことは、リベット２がより低い内部応力を受け、したがって、潰れるのを防ぐためのインサート軸部の支持を必要としないことを意味する。インサート２４は、したがって、リベット２の先端２３の広がりを生じさせるテーパ状のインサート表面３０のみを備えてもよい（軸部を備えなくてもよい）。上記にもかかわらず、本発明の代替の実施形態では、インサート２４は、本発明の前の実施形態に関して上述したのと同様に働くインサート軸部を備えてもよいことが理解されよう。これは、軸部部分が下層１０を貫通する際にリベット２を支持することになるため、下層１０も超高強度材料で構成されている場合に特に有効であり得る。 Furthermore, pre-stamping the upper layer 8 means that the rivet 2 is subjected to lower internal stresses and therefore does not require support of the insert shank to prevent it from collapsing. The insert 24 may therefore only comprise a tapered insert surface 30 (without a shank), which causes a widening of the tip 23 of the rivet 2. Notwithstanding the above, it will be appreciated that in alternative embodiments of the invention, the insert 24 may include an insert shank that operates in the same manner as described above with respect to previous embodiments of the invention. This may be particularly effective if the lower layer 10 is also made of an ultra-high strength material, since the shank portion will support the rivet 2 as it passes through the lower layer 10.

本発明の代替の実施形態では、上層８、リベット２および／またはインサート２４は、非強磁性材料から作られていてもよいことが理解されよう。そのような実施形態では、電磁石５０は、磁気に依拠しない、分離部分３２および／またはリベット２をパンチ４のノーズ４８に保持するように構成された同等のシステムで置き換えられてもよい。例えば、電磁石５０を、真空ポートなどで置き換えることもできる。 It will be appreciated that in alternative embodiments of the invention the top layer 8, rivet 2 and/or insert 24 may be made of non-ferromagnetic material. In such embodiments, the electromagnet 50 may be replaced by an equivalent system configured to hold the separating portion 32 and/or the rivet 2 to the nose 48 of the punch 4 that does not rely on magnetism. For example, electromagnet 50 could be replaced with a vacuum port or the like.

図６ａに、本発明によるリベット締めプロセスの第６の実施形態の第１のステップを示す。本発明の第５の実施形態と共通して、第６の実施形態では上層８がパンチ４によって事前に打ち抜かれる。しかしながら、本発明の第６の実施形態は、分離部分３２が完成した接合部に残っている点で第５の実施形態とは異なる。図６ａに示されているように、パンチ４は、テーパ状の前端４８を備えるが、（第５の実施形態の電磁石のような）上層８の分離部分を引き付けるための手段を含まない。第１のステップでは、上層８と下層１０とは、クランプノーズ２７の作用下でダイ１２に対して保持されている。パンチ４の前端４８のテーパ形状は、形成された後にパンチが上層穴３１に詰まるのを防ぐ。またパンチ４８のテーパ形状により上層が下方に曲がる。これにより、上層に後でリベットを受け入れることができるリベット頭部形状が設けられる。これは、リベット頭部がその場合上層からの跳ね返り負荷を受けないので有効である（跳ね返り負荷は、上層がＵＨＳＳなどの低延性材料から形成されている場合、大きくなる可能性がある）。 Figure 6a shows the first step of a sixth embodiment of the riveting process according to the invention. In common with the fifth embodiment of the invention, the upper layer 8 is pre-punched with a punch 4 in the sixth embodiment. However, the sixth embodiment of the invention differs from the fifth embodiment in that a separation portion 32 remains in the completed joint. As shown in Figure 6a, the punch 4 has a tapered front end 48, but does not include means for attracting the separated parts of the upper layer 8 (like the electromagnet in the fifth embodiment). In a first step, the upper layer 8 and the lower layer 10 are held against the die 12 under the action of the clamp nose 27. The tapered shape of the front end 48 of the punch 4 prevents the punch from clogging the upper hole 31 after being formed. Further, due to the tapered shape of the punch 48, the upper layer is bent downward. This provides the upper layer with a rivet head shape that can later accept a rivet. This is advantageous because the rivet head is then not subjected to rebound loads from the top layer (which can be large if the top layer is formed from a low ductility material such as UHSS).

図６ｂに、本発明の第６の実施形態によるリベット締めプロセスの第２のステップを示す。第２のステップでは、パンチ４が、打ち抜き力Ｐの作用下でダイ１２に向かって被加工物６の上層８に押し付けられる。打ち抜き力Ｐは、本発明の第５の実施形態に関する上記の説明に従って生成されてもよく、被加工物６に衝撃を与え得る。打ち抜き力Ｐは、パンチ４の前端４８に、上層８に上層穴３１を形成して分離部分３２を残すように被加工物６の上層８をせん断させるのに十分なものである。前端４８の終端の直径は、上層穴３１が、一度形成されると、（後述する）リベットの軸部２２を受け入れることができるのに十分な広さになるように選択される。同時に、被加工物６の下層１０は、ダイ１２の凹面１４と接触するように変形される。 Figure 6b shows the second step of the riveting process according to the sixth embodiment of the invention. In a second step, the punch 4 is pressed against the upper layer 8 of the workpiece 6 towards the die 12 under the effect of a punching force P. The punching force P may be generated according to the above description regarding the fifth embodiment of the invention and may impact the workpiece 6. The punching force P is sufficient to cause the front end 48 of the punch 4 to shear the upper layer 8 of the workpiece 6 so as to form an upper layer hole 31 in the upper layer 8 and leave a separation portion 32. The diameter of the terminal end of the front end 48 is selected so that the upper hole 31, once formed, is wide enough to receive the rivet shank 22 (described below). At the same time, the lower layer 10 of the workpiece 6 is deformed into contact with the concave surface 14 of the die 12.

図６ｃに、本発明の第６の実施形態によるリベット締めプロセスの第３のステップを示す。第３のステップでは、パンチ４がダイ１２から離れるように中心軸線１８に沿って引っ込められる。リベット２およびインサート２４は、次いで、例えば、電磁石（図示されていない）、接着剤などを使用して、パンチ４の前端４８に取り付けられ得る。あるいは、リベット２およびインサート２４は、最初にパンチ４に対して保持されずに単に上層穴３１に差し込まれるだけでもよい。 Figure 6c shows the third step of the riveting process according to the sixth embodiment of the invention. In a third step, the punch 4 is retracted along the central axis 18 away from the die 12. The rivet 2 and insert 24 may then be attached to the front end 48 of the punch 4 using, for example, an electromagnet (not shown), adhesive, or the like. Alternatively, the rivet 2 and insert 24 may simply be inserted into the upper hole 31 without being held against the punch 4 first.

図６ｄに、本発明の第６の実施形態によるリベット締めプロセスの第４のステップを示す。第４のステップでは、リベット２およびインサート２４が上層穴３１に下ろされ、力Ｆの作用下で下層１０に押し付けられる。ダイ１２の凹面１４は、ダイ１２の方への中心軸線１８に沿ったリベット２およびインサート２４の移動に対して作用する。力Ｆを加え続けることにより、テーパ状のリベット表面２５およびテーパ状のインサート表面３０が互いに支持し合い、リベット２の先端２３が中心軸線１８に対して半径方向外向きに広がって、被加工物６の下層１０を部分的に貫通する。先端２３の半径方向の広がりは、上層８を部分的に削り落として、被加工物６の上層８と下層１０との分離を防ぐ機械的連結が得られるように、上層穴３１の直径よりも大きい。 Figure 6d shows the fourth step of the riveting process according to the sixth embodiment of the invention. In the fourth step, the rivet 2 and the insert 24 are lowered into the upper layer hole 31 and pressed against the lower layer 10 under the action of a force F. Concave surface 14 of die 12 acts against movement of rivet 2 and insert 24 along central axis 18 towards die 12 . Continuing to apply force F causes tapered rivet surface 25 and tapered insert surface 30 to support each other, causing tip 23 of rivet 2 to flare radially outward with respect to central axis 18, thereby tightening the workpiece. partially penetrates the lower layer 10 of 6. The radial extent of the tip 23 is greater than the diameter of the upper hole 31 so that the upper layer 8 can be partially shaved off to provide a mechanical interlock that prevents separation of the upper layer 8 and the lower layer 10 of the workpiece 6. big.

上層８の分離部分３２が接合部から取り除かれないので、本発明の第６の実施形態のリベット締めプロセスは、分離部分３２を廃棄する必要がないという点で時間と費用を節約する。 Since the separated portion 32 of the top layer 8 is not removed from the joint, the riveting process of the sixth embodiment of the invention saves time and money in that the separated portion 32 does not have to be discarded.

本発明の第６の実施形態は修正され得ることが理解されよう。例えば、必要に応じて、追加の強度を提供するために、図６ａから図６ｄに示されるインサート２４の代わりに軸部を含むインサートが使用されてもよい。 It will be appreciated that the sixth embodiment of the invention may be modified. For example, if desired, an insert containing a shank may be used in place of the insert 24 shown in Figures 6a-6d to provide additional strength.

図７ａに、本発明によるリベット締めプロセスの第７の実施形態の第１のステップを示す。第７の実施形態は、リベット２およびインサート２４が接合のために与えられる前に被加工物６の上層８に穴が打ち抜かれるという点で、本発明の第５の実施形態および第６の実施形態と類似している。ただし、前の実施形態とは対照的に、被加工物６の上層８に穴を打ち抜くステップは、専用の打ち抜き装置を使用して行われ、リベットおよびインサートを被加工物に打ち込むステップは、別個のリベット締結装置を使用して行われる。 Figure 7a shows the first step of a seventh embodiment of the riveting process according to the invention. The seventh embodiment differs from the fifth and sixth embodiments of the invention in that holes are punched in the upper layer 8 of the workpiece 6 before the rivet 2 and insert 24 are provided for joining. Similar in form. However, in contrast to the previous embodiment, the step of punching holes in the upper layer 8 of the workpiece 6 is carried out using a dedicated punching device, and the step of driving rivets and inserts into the workpiece is performed separately. This is done using a rivet fastening device.

第１のステップでは、被加工物６の上層８が、打ち抜き装置５６のパンチ５２とパンチダイ５４との間に配置される。パンチダイは、パンチ軸６０に沿ってパンチ５２と整列されたパンチ孔５８を備える。パンチ５２は、実質的に円筒形で、直径がパンチ孔５８よりも適切な隙間だけ小さいパンチノーズ６２を備える。パンチノーズ６２の直径は、パンチの残りの部分の直径よりも狭く、テーパ部分６４によってンチの残りの部分に接合されている。 In a first step, the upper layer 8 of the workpiece 6 is placed between the punch 52 and the punch die 54 of the punching device 56 . The punch die includes a punch hole 58 aligned with the punch 52 along the punch axis 60. Punch 52 is substantially cylindrical and includes a punch nose 62 having a diameter smaller than punch hole 58 by a suitable clearance. The diameter of the punch nose 62 is narrower than the diameter of the remainder of the punch and is joined to the remainder of the punch by a tapered portion 64.

図７ｂに、本発明の第７の実施形態によるリベット締めプロセスの第２のステップを示す。第２のステップでは、パンチ５２が打ち抜き力Ｐの作用下で被加工物６の上層８に打ち込まれる。これにより、分離部分３２および上層穴３１が形成される。分離部分は取り除くためにパンチ孔５８に落下する。加えて、パンチ５２のテーパ部分６４は、被加工物６の上層８と接触して、上層穴３１とつながる上層８の縁部に皿穴または丸みを帯びた凹みを作り出す。 Figure 7b shows the second step of the riveting process according to the seventh embodiment of the invention. In a second step, a punch 52 is driven into the upper layer 8 of the workpiece 6 under the effect of a punching force P. As a result, a separation portion 32 and an upper layer hole 31 are formed. The separated portion falls into the punch hole 58 for removal. In addition, the tapered portion 64 of the punch 52 contacts the upper layer 8 of the workpiece 6 to create a countersink or rounded recess at the edge of the upper layer 8 that connects with the upper layer hole 31.

図７ｃに、本発明の第７の実施形態によるリベット締めプロセスの第３のステップを示す。第３のステップでは、パンチ５２が、被加工物６の上層８から離れるように、リベット２およびインサート２４がその間に受け入れられるのに十分な距離だけ引っ込められる。リベット２およびインサート２４は、インサート２４がリベット２の内部に部分的に受け入れられるような、単一のアセンブリとして提供される。リベットおよびインサート２４は、パンチ軸６０と整列しており、例えば、電磁石、真空などといった、任意の適切な手段によって所定の位置に保持される。 Figure 7c shows the third step of the riveting process according to the seventh embodiment of the invention. In a third step, the punch 52 is retracted away from the upper layer 8 of the workpiece 6, a distance sufficient for the rivet 2 and insert 24 to be received therebetween. Rivet 2 and insert 24 are provided as a single assembly such that insert 24 is partially received within rivet 2. Rivets and inserts 24 are aligned with punch axis 60 and held in place by any suitable means, such as, for example, electromagnets, vacuum, or the like.

図７ｄに、本発明の第７の実施形態によるリベット締めプロセスの第４のステップを示す。第４のステップでは、リベット２およびインサート２４が被加工物６の上層穴３１に受け入れられるようにパンチ５２が下ろされる。特に、リベット２およびインサート２４は、インサート２４の下面が被加工物６の上層８の下面と同一平面になるように整列される。上記にもかかわらず、本発明の代替の実施形態では、上記の第３のステップおよび第４のステップは、パンチ５２の助けを借りずに手で（すなわち、単に、リベット２およびインサート２４を上層穴３１に差し込み、上層８をリベット締結装置１に移すだけで）完了されてもよいことが理解されよう。 Figure 7d shows the fourth step of the riveting process according to the seventh embodiment of the invention. In the fourth step, the punch 52 is lowered so that the rivet 2 and insert 24 are received in the upper hole 31 of the workpiece 6. In particular, the rivet 2 and the insert 24 are aligned such that the lower surface of the insert 24 is flush with the lower surface of the upper layer 8 of the workpiece 6. Notwithstanding the above, in an alternative embodiment of the invention, the third and fourth steps described above are performed by hand (i.e., by simply inserting the rivets 2 and inserts 24 into the upper layer) without the aid of the punch 52. It will be appreciated that it may be completed by simply inserting the top layer 8 into the hole 31 and transferring the top layer 8 to the rivet fastening device 1).

図７ｅに、本発明の第７の実施形態によるリベット締めプロセスの第５のステップを示す。第５のステップでは、リベット２およびインサート２４と共に組み立てられた上層８が、打ち抜き装置５６から取り出され、リベット締結装置１に移される。リベット締結装置１は、例えば、本発明の第１の実施形態に関して上述したのと同じリベット締結装置であってもよい。被加工物６の上層８および下層１０は一緒に配置され、ダイ１２上に置かれる。好ましくは、リベット２およびインサート２４は、中心軸線１８と整列される。しかしながら、図７ｅに示される実施形態では、リベット締結装置１のパンチ４は、リベット２の直径よりも大きい直径を有する。よって、パンチ４は、中心軸線１８とリベット２とインサート２４との比較的大きいずれに対応することができる。 Figure 7e shows the fifth step of the riveting process according to the seventh embodiment of the invention. In a fifth step, the upper layer 8 assembled with rivets 2 and inserts 24 is removed from the punching device 56 and transferred to the rivet fastening device 1. The rivet fastening device 1 may for example be the same rivet fastening device as described above with respect to the first embodiment of the invention. Top layer 8 and bottom layer 10 of workpiece 6 are placed together and placed on die 12 . Preferably, rivet 2 and insert 24 are aligned with central axis 18. However, in the embodiment shown in FIG. 7e, the punch 4 of the rivet fastening device 1 has a diameter that is larger than the diameter of the rivet 2. Therefore, the punch 4 can accommodate relatively large differences between the center axis 18, the rivet 2, and the insert 24.

図７ｆに、本発明の第７の実施形態によるリベット締めプロセスの第６のステップを示す。第６のステップでは、パンチ４が、リベット２およびインサート２４を力Ｆの作用下で被加工物６の下層１０に押し付ける。これにより、下層１０が変形し、ダイ１２の凹面１４と接触する。 Figure 7f shows the sixth step of the riveting process according to the seventh embodiment of the invention. In a sixth step, the punch 4 presses the rivet 2 and the insert 24 under the action of a force F against the lower layer 10 of the workpiece 6. This causes the lower layer 10 to deform and contact the concave surface 14 of the die 12.

図７ｇに、本発明の第７の実施形態によるリベット締めプロセスの第７のステップを示す。第７のステップでは、テーパ状のリベット表面２５とテーパ状のインサート表面３０との間の物理的な接触により、力Ｆが引き続き加えられた状態でリベット２の先端２３が外向きに広がり、被加工物６と連結する。 Figure 7g shows the seventh step of the riveting process according to the seventh embodiment of the invention. In a seventh step, the physical contact between the tapered rivet surface 25 and the tapered insert surface 30 causes the tip 23 of the rivet 2 to spread outward with continued application of force F, causing It is connected to the workpiece 6.

第７の実施形態では、上層８が下層１０に接合するためにリベット締結装置１に与えられる前に上層穴３１を打ち抜くステップが完了することは理解されよう。 It will be appreciated that in the seventh embodiment, the step of punching out the upper layer holes 31 is completed before the upper layer 8 is provided to the rivet fastening device 1 for joining to the lower layer 10.

リベット２およびインサート２４を、下層１０と接合するためにリベット締結装置１に与えられる前に、上層８の上層穴３１内に留めて保持することができることが理解されよう。よって、リベット２、インサート２４および上層８は、単一の部品として生産ラインに搬送されてもよく、すでに部分的に処理されているので時間を節約できる。すなわち、上層穴３１を打ち抜き、リベット２およびインサート２４を穴内に受け入れる初期のステップを、生産ラインから離れて完了することができる。これは、上層が超高強度材料で作られているか、または比較的厚く、よって、穴を打ち抜くために、典型的な生産ライン上では通常利用できないより強力な機械を必要とする場合に特に有効である。 It will be appreciated that the rivets 2 and inserts 24 can be clamped and retained within the upper layer hole 31 of the upper layer 8 before being applied to the rivet fastening device 1 for joining with the lower layer 10. The rivet 2, the insert 24 and the top layer 8 may thus be transported to the production line as a single part and are already partially processed, thus saving time. That is, the initial steps of punching out the top hole 31 and receiving the rivet 2 and insert 24 into the hole can be completed off the production line. This is particularly useful when the top layer is made of ultra-high strength materials or is relatively thick and therefore requires more powerful machinery to punch out the holes, which is not normally available on a typical production line. It is.

代替の実施形態では、打ち抜き装置５６は、リベット締結装置１と異なる装置でなくてもよく、実際には同じ装置であってもよいことが理解されよう。ただし、そのような実施形態では、被加工物６の上層８に上層穴３１を打ち抜き、その中にリベット２およびインサート２４を受け入れるステップは、上層８が下層１０に接合される前に事前に完了され得る。例えば、上層８は、その各々がリベット２およびインサート２４を受け入れる複数の上層穴３１が形成されることを必要とする場合もある。同じかまたは異なる機械上で、上層８が下層１０に接合される前に、中にリベット２およびインサート２４を差し込まれた複数の上層穴３１をバッチで完成させることができる。 It will be appreciated that in alternative embodiments the punching device 56 may not be a different device to the rivet setting device 1, but may in fact be the same device. However, in such embodiments, the step of punching a top layer hole 31 in the top layer 8 of the workpiece 6 and receiving the rivet 2 and insert 24 therein may be completed previously before the top layer 8 is joined to the bottom layer 10. can be done. For example, the top layer 8 may require that a plurality of top layer holes 31 are formed, each of which receives a rivet 2 and an insert 24. On the same or different machines, a plurality of upper layer holes 31 with rivets 2 and inserts 24 inserted therein can be completed in batches before the upper layer 8 is joined to the lower layer 10.

いくつかの実施形態では、被加工物の下層は被加工物材料のスラグを収容する。他の実施形態では、穴が被加工物を完全に貫通して切り取られ、被加工物材料のスラグが最下層に収容されない。被加工物材料のスラグを収容しない実施形態は、最下層が薄い被加工物を有し得る。最下層は、例えば、少なくとも０．７ｍｍの厚さを有し、最大２ｍｍまでの厚さを有し得る。被加工物材料のスラグを収容する実施形態は、最下層が厚い被加工物を有し得る。最下層は、例えば、２ｍｍ以上の厚さを有し、例えば、最大５ｍｍまでの厚さを有し得る。 In some embodiments, the lower layer of the workpiece contains a slug of workpiece material. In other embodiments, the hole is cut completely through the workpiece and no slug of workpiece material is accommodated in the bottom layer. Embodiments that do not contain a slug of workpiece material may have a workpiece with a thin bottom layer. The bottom layer, for example, has a thickness of at least 0.7 mm and may have a thickness of up to 2 mm. Embodiments containing a slug of workpiece material may have a workpiece with a thick bottom layer. The bottom layer may for example have a thickness of 2 mm or more, for example up to 5 mm.

被加工物の最上層は、例えば、少なくとも０．７ｍｍの厚さを有し得る。上層がＡＨＳＳやＵＨＳＳから形成されている場合、上層は、例えば、最大２ｍｍまでの厚さを有し得る（これよりも薄い層を貫通して切断することは難しい可能性がある）。 The top layer of the workpiece may, for example, have a thickness of at least 0.7 mm. If the top layer is formed from AHSS or UHSS, the top layer may have a thickness of, for example, up to 2 mm (cutting through thinner layers may be difficult).

一般に、インサートは、摩擦によって、接着剤を使用して、または任意の他の適切な方法でリベット内に保持され得る。リベット２は、防食コーティングを施され得る。インサート２４も防食コーティングを施され得る（接合部が形成された後にインサートが露出されることになる場合など）。インサートが接着剤を使用せずにリベット内に保持される場合には、防食コーティングは、リベットとインサートとの間の接着力を提供するのに役立ち得る。 Generally, the insert may be retained within the rivet by friction, using an adhesive, or in any other suitable manner. The rivet 2 may be provided with an anti-corrosion coating. The insert 24 may also be provided with an anti-corrosion coating (such as if the insert is to be exposed after the joint is formed). If the insert is held within the rivet without the use of adhesive, the anti-corrosion coating may help provide adhesion between the rivet and the insert.

上記の最上層および最下層の厚さは、被加工物の底部により強力な層が設けられ得る実施形態（第３の実施形態など）では、交換され得る。 The thicknesses of the top and bottom layers described above may be interchanged in embodiments (such as the third embodiment) where a stronger layer may be provided at the bottom of the workpiece.

Claims (12)

リベット締めの方法であって、
（ｉ）頭部と、前記頭部から下方に垂下している軸部とを有するリベットを用意するステップであって、前記軸部が先端で終端し、リベット内部を画定するように中空である、ステップと、
（ｉｉ）前記リベット内部に少なくとも部分的にインサートを受け入れるステップと、
（ｉｉｉ）前記リベットおよび前記インサートを被加工物のダイと反対の側に配置するステップと、
（ｉｖ）前記リベットおよび前記インサートを、中心軸線に沿ってパンチを使用して力の作用下で前記ダイに向かって前記被加工物に打ち込むと同時に、前記ダイを使用して前記力に対して作用させて、前記リベットを外向きに広げ、前記被加工物と連結させるステップと
を含む、リベット締めの方法。 A method of tightening rivets,
(i) providing a rivet having a head and a shank depending downwardly from the head, the shank terminating in a tip and being hollow to define an interior of the rivet; , step and
(ii) receiving an insert at least partially within the rivet;
(iii) positioning the rivet and the insert on a side of the workpiece opposite the die;
(iv) driving said rivet and said insert into said workpiece along a central axis using a punch toward said die under the action of a force, while simultaneously using said die to drive against said force; acting to spread the rivet outwardly and connect it with the workpiece. 前記インサートが、前記インサートの基部から延びるテーパ状のインサート表面を備え、前記テーパ状のインサート表面の直径がインサート軸線に対して変化し、
当該方法が、
前記リベットを前記テーパ状のインサート表面に押し付けて、前記リベットの先端を外向きに広げ、前記被加工物と連結させるステップ
を含み、
任意的に、前記リベットが、前記リベットの先端の方へ延びるテーパ状のリベット表面を有する軸部を備え、前記テーパ状のリベット表面の直径がリベット軸線に対して変化し、
当該方法が、
前記テーパ状のリベット表面を前記テーパ状のインサート表面に押し付けて、前記リベットの先端を外向きに広げ、前記被加工物と連結させるステップ
を含む、請求項１に記載のリベット締めの方法。 the insert comprises a tapered insert surface extending from a base of the insert, the diameter of the tapered insert surface varying with respect to an insert axis;
The method is
pressing the rivet against the tapered insert surface to outwardly spread the rivet tip and connect it with the workpiece;
Optionally, the rivet comprises a shank having a tapered rivet surface extending towards a tip of the rivet, the diameter of the tapered rivet surface varying with respect to the rivet axis;
The method is
2. The method of riveting according to claim 1, including the step of pressing the tapered rivet surface against the tapered insert surface to spread the rivet tip outwardly and engage the workpiece. 前記インサートが、前記リベット内部に受け入れられるように構成されたインサート軸部を備え、
当該方法が、
前記リベットと前記インサート軸部の両方を介して前記パンチから前記被加工物に前記力を伝達するステップ
を含み、
任意的に、前記インサート軸部が、インサート空洞を画定するように中空であり、
当該方法が、
前記リベットの前記頭部が前記被加工物の上部と同一平面になるときに前記インサート空洞を潰させるステップ
を含む、請求項１または２に記載のリベット締めの方法。 the insert includes an insert shank configured to be received within the rivet;
The method is
transmitting the force from the punch to the workpiece through both the rivet and the insert shank;
Optionally, the insert shank is hollow so as to define an insert cavity;
The method is
3. A riveting method as claimed in claim 1 or 2, including the step of collapsing the insert cavity when the head of the rivet is flush with the top of the workpiece. 当該方法が、前記リベットおよび前記インサートを使用して前記被加工物の分離部分を形成するように前記被加工物を完全に貫通する穴を打ち抜き、前記穴内に前記リベットおよび前記インサートを受け入れるステップをさらに含み、
任意的に、前記ダイが、孔と、前記孔内に受け入れられるプッシュロッドとを備え、前記プッシュロッドが前記孔に対して移動可能であり、前記孔と前記プッシュロッドとが、前記ダイの前記パンチに面する側に開いた空洞を画定し、
当該方法が、
前記プッシュロッドおよび前記被加工物の前記分離部分を使用して前記力に対して作用させて、前記リベットを外向きに広げ、前記被加工物と連結させるステップ
をさらに含み、
任意的に、当該方法が、
（ｉ）前記プッシュロッドを、前記被加工物の下面から前記被加工物の厚さと等しい量だけ間隔をおいて配置するステップを含み、または、
（ｉｉ）前記ダイが、前記プッシュロッドを取り囲むスリーブをさらに備え、前記スリーブが前記プッシュロッドに対して移動可能であり、
当該方法が、
前記リベットの先端が前記ダイの側の前記穴の底部を越えて配置されるように前記穴内に前記リベットを受け入れるステップと、
前記プッシュロッドに対して前記中心軸線に沿って前記スリーブを引っ込めて、前記リベットが広がり、前記被加工物と連結できるようにするための前記リベットの先端に隣接する環状の空洞を設けるステップと
をさらに含み、
任意的に、当該方法が、前記プッシュロッドを、前記被加工物の下面から前記被加工物の厚さより大きい量だけ間隔をおいて配置するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のリベット締めの方法。 The method includes the step of punching a hole completely through the workpiece to form a separate portion of the workpiece using the rivet and the insert, and receiving the rivet and the insert within the hole. In addition, it includes
Optionally, the die includes a hole and a push rod received within the hole, the push rod being movable relative to the hole, and the hole and the push rod disposed in the die. defining an open cavity on the side facing the punch;
The method is
further comprising applying the force using the push rod and the separated portion of the workpiece to spread the rivet outwardly and connect it with the workpiece;
Optionally, the method comprises:
(i) spacing the push rod from a lower surface of the workpiece by an amount equal to the thickness of the workpiece; or
(ii) the die further comprises a sleeve surrounding the push rod, the sleeve being movable relative to the push rod;
The method is
receiving the rivet in the hole such that the tip of the rivet is disposed beyond the bottom of the hole on the side of the die;
retracting the sleeve along the central axis relative to the push rod to provide an annular cavity adjacent the tip of the rivet to allow the rivet to expand and connect with the workpiece. In addition, it includes
Optionally, the method comprises spacing the push rod from a lower surface of the workpiece by an amount greater than the thickness of the workpiece. The riveting method described in . 前記リベットが、前記リベット内部を画定する通り穴を備え、前記パンチが、前記中心軸線に沿って互いに対して移動可能な内側部分と外側部分とを備え、
当該方法が、前記リベットおよび前記インサートに対して前記力を、
前記パンチの前記外側部分を前記リベットの前記頭部に押し付け、
前記パンチの前記内側部分を前記リベットの前記通り穴に通し、
前記パンチの前記内側部分を前記インサートに押し付ける
ことによって加えるステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のリベット締めの方法。 the rivet includes a through hole defining an interior of the rivet; the punch includes an inner portion and an outer portion movable relative to each other along the central axis;
The method includes applying the force to the rivet and the insert;
pressing the outer portion of the punch against the head of the rivet;
passing the inner portion of the punch through the through hole of the rivet;
A method of riveting according to any one of claims 1 to 3, comprising the step of applying by pressing the inner part of the punch against the insert. 前記被加工物が、接合されるべき少なくとも２つの別々の材料層を含み、
当該方法が、前記ステップ（ｉｉｉ）の前に、
前記被加工物の上層に穴を形成するステップ
を含み、
任意的に、（ｉ）当該方法が、前記パンチを前記上層に押し付けて前記上層の分離部分を形成することによって前記上層に前記穴を形成するステップを含み、または、
（ｉｉ）前記パンチがテーパ状のノーズを備え、当該方法が、前記パンチの前記ノーズを前記被加工物の前記上層に押し付けて前記上層に前記穴を打ち抜くステップを含む、請求項１または２に記載のリベット締めの方法。 the workpiece comprises at least two separate material layers to be joined;
The method includes, before said step (iii),
forming a hole in an upper layer of the workpiece;
Optionally, (i) the method includes forming the hole in the top layer by pressing the punch against the top layer to form a separated portion of the top layer, or
(ii) the punch comprises a tapered nose, and the method includes the step of pressing the nose of the punch against the upper layer of the workpiece to punch the hole in the upper layer. Method of tightening rivets as described. 当該方法が、前記ステップ（ｉｖ）の前に、
前記パンチを使用して前記被加工物から前記上層の前記分離部分を取り除くステップ
を含み、
任意的に、前記パンチが、電磁石を備え、当該方法が、前記電磁石を励磁して前記上層の前記分離部分を引き付けるステップをさらに含む、請求項６に記載のリベット締めの方法。 The method, before said step (iv),
removing the separated portion of the upper layer from the workpiece using the punch;
7. The method of riveting according to claim 6, optionally said punch comprising an electromagnet and said method further comprising energizing said electromagnet to attract said separated portion of said top layer. 当該方法が、前記ステップ（ｉｖ）の前に、
前記上層の前記分離部分をそのまま放置するステップ
を含み、または
当該方法が、前記パンチと前記ダイとは異なる打ち抜き装置を使用して前記上層に前記穴を形成するステップを含む、請求項６に記載のリベット締めの方法。 The method, before said step (iv),
7. The method of claim 6, further comprising: leaving the separated portion of the upper layer in place, or forming the hole in the upper layer using a different punching device than the punch and the die. How to tighten rivets. 前記被加工物が、先進高張力鋼または超高張力鋼を含み、および／または、
前記リベットが、最大５１０Ｈｖまでの硬度を有する材料から形成されており、および／または、
当該方法が、セルフピアシングリベット締めの方法である、請求項１～８のいずれか一項に記載のリベット締めの方法。 the workpiece comprises advanced high-strength steel or ultra-high-strength steel, and/or
the rivet is made of a material having a hardness of up to 510 Hv; and/or
A riveting method according to any one of claims 1 to 8, wherein the method is a self-piercing riveting method. パンチと、
間にリベットアセンブリおよび被加工物が受け入れられ得るように中心軸線に沿って前記パンチから間隔を置いて配置されたダイと
を備え、
前記パンチが、リベットと前記リベット内に少なくとも部分的に受け入れられるインサートとを備える前記リベットアセンブリを前記被加工物に打ち込むと同時に、前記リベットが前記パンチからの力の作用下で打ち込まれて、前記ダイおよび前記インサートが前記力に対して作用させて前記リベットを外向きに広げ、被加工物と連結させるように構成されている、リベット締結装置。 punch and
a die spaced from the punch along a central axis such that a rivet assembly and a workpiece can be received therebetween;
At the same time that the punch drives the rivet assembly comprising a rivet and an insert at least partially received within the rivet into the workpiece, the rivet is driven under the action of a force from the punch and the rivet is driven into the workpiece. A rivet fastening apparatus, wherein the die and the insert are configured to apply the force to cause the rivet to expand outwardly and connect with a workpiece. 前記ダイが、孔と、前記孔内に受け入れられるプッシュロッドとを備え、前記プッシュロッドが前記孔に対して移動可能であり、前記孔と前記プッシュロッドとが、前記ダイの前記パンチに面する側で開いた空洞を画定し、前記プッシュロッドが、前記力に対して作用させて前記リベットを外向きに広げ、前記被加工物と連結させるように構成されており、
任意的に、前記ダイが、前記プッシュロッドを取り囲むスリーブをさらに備え、前記スリーブが前記ダイおよび前記プッシュロッドに対して移動可能であり、前記スリーブが、前記プッシュロッドに対して前記中心軸線に沿って引っ込んで、前記リベットが広がり、前記被加工物と連結できるようにするための前記リベットの先端に隣接する環状の空洞を設けるように構成されている、請求項１０に記載のリベット締結装置。 The die includes a hole and a push rod received within the hole, the push rod being movable relative to the hole, and the hole and push rod facing the punch of the die. defining a side-open cavity, the push rod being configured to act on the force to cause the rivet to expand outwardly and connect with the workpiece;
Optionally, the die further comprises a sleeve surrounding the push rod, the sleeve being movable relative to the die and the push rod, and the sleeve being movable along the central axis relative to the push rod. 11. The rivet fastening device of claim 10, wherein the rivet fastening device is configured to retract to provide an annular cavity adjacent a tip of the rivet to allow the rivet to expand and connect with the workpiece. （ｉ）前記パンチが、前記中心軸線に沿って互いに対して移動可能な内側部分と外側部分とを備え、前記パンチが、前記パンチの前記外側部分を前記リベットの頭部に押し付け、前記パンチの前記内側部分を前記リベットに形成された通り穴を介して前記インサートに対して押し付けることによって前記リベットに前記力を加えるように構成されており、または、
（ｉｉ）前記パンチが、前記被加工物の上層に穴を打ち抜いて前記上層の分離部分を残すように構成されたノーズを備え、
任意的に、（ａ）前記ノーズがテーパ状であり、
（ｂ）前記パンチが、前記上層の前記分離部分を引き付けるように構成された電磁石を備え、
任意的に、前記電磁石が、前記パンチの前記ノーズに配置されている、請求項１０に記載のリベット締結装置。 (i) the punch comprises an inner portion and an outer portion movable relative to each other along the central axis, the punch pressing the outer portion of the punch against the head of the rivet; configured to apply the force to the rivet by pressing the inner portion against the insert through a through hole formed in the rivet; or
(ii) the punch comprises a nose configured to punch a hole in the upper layer of the workpiece, leaving a separated portion of the upper layer;
Optionally, (a) the nose is tapered;
(b) the punch comprises an electromagnet configured to attract the separated portion of the upper layer;
11. A rivet setting device according to claim 10, wherein the electromagnet is optionally located at the nose of the punch.

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